华中科技永磁同步电机 ppt课件

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。—，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
永磁同步电机矢量知识讲解
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。

永磁同步电动机在 以表达如下： 定子电流： 定子磁链： 电磁转矩：
坐标系中的数学模型可
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PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下： 定子电压：
PMSM和BLDC电机的结构


正弦波永磁同步电机 永磁体表面设计成抛物线，极弧大体为 120度 定子绕组为短距、分布绕组 定子由正弦波脉宽调制（SVPWM）的电压 型逆变其供电，三相电流为正弦或准正 弦波


PMSM和BLDC电机的工作原理

PMSM的数学模型
为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通 过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进 行线性变换，实现电机数学模型的解耦 。 q u s ：定子电压 B
PMSM和BLDC电机的工作原理
BLDC电机控制方式 （1）两两通电方式

每一瞬间有两个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每次换相一个功率开关，每个功率开关导通120度电 F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F . . . 角度。导通顺序为 V 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1

转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构

PMSM按转子永磁体的结构可分为两种
（1）表面贴装式（SM-PMSM）
直交轴电感Ld和Lq相同 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制

bM ba Lbb M bcibfcos2 (/3)
c M ca M cb Lccic cos2 (/3)
工作原理及其控制方法
两相静止坐标系下的数学模型
三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换 矩阵（即Clark变换）

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矢量控制原理
矢量控制系统的基本思想： 在普通的三相交流电动机上设法模拟直流
电机转矩控制的方法，在转子磁链定向的 坐系上，将电机定子电流矢量分解成产生 主磁场的励磁电流分量和产生转矩的转矩 电流分量且励磁电流的方向定位于永磁磁 链上，并使得两个分量相互垂直，彼此独 立，然后分别进行控制。
矢量控制原理
借助于坐标变换，将各变量从三相静止坐 标系变换到跟随转子同步旋转的两相旋转 坐标系上。然后站在同步旋转坐标系上观 察，电机的各个空间矢量都变成了静止矢 量，在同步旋转坐标系上原来的交流量也 就变成了直流量。通过对这些直流量的控 制就能使交流电机达到直流电机的控制性 能。
对于SPMSM而言，Ld Lq 则式T en (fiq (L d L q)id iq)

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矢量控制原理
id 0 控制方法的实现
MATLAB的仿真分析
模型
700 Speed Ref
Step
Tm
is_abc (A)
PI
iqref
iabc v a
A
<Rotor speed wm (rad/s)>
4
m
idref
vbB0iab源自r iorefiref v c
C
4 <Rotor angle thetam (rad)>
工作原理及其控制方法
PMSM的空间矢量图

调速永磁同步电动机结构示意图
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7，8－永磁体 9－转子铁心 10—风扇 11—风罩 12－位置、速度传感器 13，14－电缆 15－专用变频驱动器
永磁同步电动机的转子结构
表面式转子磁路结构
1） 凸出式 1－永磁体
2）插入式 2－转子铁心 3－转轴
• 为了保证永磁电机的电气性能不发 生变化，能长期可靠地运行，要求 永磁材料的磁性能保持稳定。通常 用永磁材料的磁性能随环境、温度 和时间的变化率来表示其稳定性， 主要包括热稳定性、磁稳定性、化 学稳定性和时间稳定性。
永磁同步电动机
概述
• 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机 相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁 绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工 和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电 刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁 电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和 功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个 领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。
永磁材料
永磁电机的性能、设计制造特点和 应用范围都与永磁材料的性能密切相关。 永磁材料种类众多，性能差别很大。因 此，在研究永磁电机之前，首先从设计 制造电机的需要出发，了解电机中最常 用的三种主要永磁材料（铁氧体、铝镍 钴、钕铁硼）的基本性能，包括磁性能、 物理性能，选用时的注意事项。
永磁体的磁稳定性
• 以前，由于同步电动机存在着自身的弱点（起 动费事，必须由异步电动机拖动，重载时有振 荡和失步的危险），一般工业设备很少用。变 频调速技术弥补了这些缺点：起动时变频器频 率逐渐上升，转速也逐渐提高，不需其他起动 设备；失步问题是由于同步转速不变，转子落 后的角度过大引起的，而变频调速中的转速和 转矩闭环控制，可以随时调节同步转速，避免 了失步现象。由于同步电机的固有优点使同步 电机的变频调速成为交流调速的一个很有潜力 的发展方向。