永磁同步电机介绍ppt课件
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永磁同步电机工作原理 ppt课件
PMSM电机的FOC控制策略
4、坐标变换
(1)Clarke(3s/2s)变换
B
N 3iB
N 2 i
60
N3 :三相绕组每相绕组匝数 N 2 :两相绕组每相绕组匝数
A
60
O N 2 i
各相磁动势为有效匝数与电流 的乘积,其相关空间矢量均位 于有关相的坐标轴上。
C
N 3iC
PMSM电机的FOC控制策略
VFVFVF 1 2 3、VFVFVF 2 3 4、VFVFVF 3 4 5、VFVFVF 4 5 6、VFVFVF 5 6 1、VFVFVF 6 1 2、VFVFVF 1 2 3 ...
U1
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
Vd
1 Vd 3
2
t
van
0
2 Vd 3
M
t
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
Tc 1 2导通时合成转矩 a) VF6VFVF 2
b) VFVF VF 导通是合成转矩
1 2 3
c)三三通电时合成转矩
Tb Ta 2 To 2 Ta Tb T Tc 2 T c b
Ta To Tc
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
《永磁同步电机》幻灯片PPT
3 2
N3(iB
iC)
iiN N32
1 0
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
PMSM电机的FOC控制策略
考虑变换前后总功率不变,可得匝数比应为 N 3 2
N2 3
可得
ii
21 30
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
坐标系变换矩阵:
C3/2
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2
3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线,那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
2 1
2
0 2
iA iB
2
iA iB
3 1 6
0
1 2
i i
PMSM电机的FOC控制策略
〔2〕Park〔2s/2r〕变换
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
V d
2
t
van
0
2
3V d
1 3V d
M
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
t
a)
VF6VF1VF2导通时合成转矩
Tc 2
b) VF1VF2VF3导通是合成转矩
永磁同步电机工作原理 ppt课件
U1
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
全控桥两两通电电路原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 按相位差120度安装, 产生波形如图所示。
a)
H1
0
t
H20
H3 0
2
3
4
t t
VF1、VF2
导通时合成转矩
Tac
Ta Tc a) Tbc
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
r
3 电磁转矩: Te n p s is 2
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下: 标系中的数学模型可
定子电流: s s j s
3 Te n p s is 电磁转矩: s is 2
is is jis
g g
B
⊕
b
r
⊕C
⊙
X
PMSM和BLDC电机的结构
实物结构图
转子磁铁
定子绕组
霍尔传感器
PMSM和BLDC电机的结构
定子
定子绕组一般制成多相(三、四、五相不
等),通常为三相绕组。三相绕组沿定子
铁心对称分布,在空间互差120度电角度, 通入三相交流电时,产生旋转磁场。
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
全控桥两两通电电路原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 按相位差120度安装, 产生波形如图所示。
a)
H1
0
t
H20
H3 0
2
3
4
t t
VF1、VF2
导通时合成转矩
Tac
Ta Tc a) Tbc
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
r
3 电磁转矩: Te n p s is 2
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下: 标系中的数学模型可
定子电流: s s j s
3 Te n p s is 电磁转矩: s is 2
is is jis
g g
B
⊕
b
r
⊕C
⊙
X
PMSM和BLDC电机的结构
实物结构图
转子磁铁
定子绕组
霍尔传感器
PMSM和BLDC电机的结构
定子
定子绕组一般制成多相(三、四、五相不
等),通常为三相绕组。三相绕组沿定子
铁心对称分布,在空间互差120度电角度, 通入三相交流电时,产生旋转磁场。
永磁同步电机简介 ppt课件
永磁同步电机简介
武琦 2016/9/12
1
(1)永磁同步电机的发展现状 (2)永磁同步电机控制技术发展状况 (3)永磁同步电机控制系统的控制算法研究现 状综述 (4)永磁同步电机的热点问题研究 (5)永磁同步电机的发展趋势
2
1. 永磁同步电机的发展现状
永磁同步电机的概念
(1)永磁同步电机有高动态性能,高效率,轻量化等特点, 代表着21世纪电机驱动系统发展方向之一;
4
永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子绕组
5
• 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 ,定子磁场和转子磁场 相互作用时不会产生磁 阻转矩。
6
(2)内埋式(IPMSM)
交直轴感:Lq>Ld 气隙较小,有较好 弱磁能力,易于实 现弱磁控制,比较 适合高速运行,但 是有磁阻转矩,增 加了转矩控制的复 杂度。
矢量控制系统原理结构图
10
(2)继矢量控制之后,1984年德国鲁尔大学的 Depen Brock 又提出了交流电动机的直接转 矩控制方法,其特点是直接采用空间电压矢量 ,直接在定子坐标系下计算并控制电机的转矩 和磁通。
直接转矩控制原理图
11
3. 永磁同步电机控制系统的控制算法研究现状综述
永磁同步电机是一个多变量,强耦合的非线性系统。实际 应用中电机的参数实时变化,且会受到外部干扰的影响,因此 很多的先进控制算法被应用到交流控制系统来解决上述问题。 (1)PI控制 优点:经典控制策略,方法简单,既能提高静态精度,又能改 善动态品质; 缺点:PI控制法属于线性的控制方法,适应负载能力差,抗干 扰能力差,控制性能不够稳定。 (2)滑模变结构控制 优点:不要求精确的数学模型,不受参数变化和外部扰动的影 响; 缺点:由于惯性,时间延迟等因素,存在抖振现象。
武琦 2016/9/12
1
(1)永磁同步电机的发展现状 (2)永磁同步电机控制技术发展状况 (3)永磁同步电机控制系统的控制算法研究现 状综述 (4)永磁同步电机的热点问题研究 (5)永磁同步电机的发展趋势
2
1. 永磁同步电机的发展现状
永磁同步电机的概念
(1)永磁同步电机有高动态性能,高效率,轻量化等特点, 代表着21世纪电机驱动系统发展方向之一;
4
永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子绕组
5
• 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 ,定子磁场和转子磁场 相互作用时不会产生磁 阻转矩。
6
(2)内埋式(IPMSM)
交直轴感:Lq>Ld 气隙较小,有较好 弱磁能力,易于实 现弱磁控制,比较 适合高速运行,但 是有磁阻转矩,增 加了转矩控制的复 杂度。
矢量控制系统原理结构图
10
(2)继矢量控制之后,1984年德国鲁尔大学的 Depen Brock 又提出了交流电动机的直接转 矩控制方法,其特点是直接采用空间电压矢量 ,直接在定子坐标系下计算并控制电机的转矩 和磁通。
直接转矩控制原理图
11
3. 永磁同步电机控制系统的控制算法研究现状综述
永磁同步电机是一个多变量,强耦合的非线性系统。实际 应用中电机的参数实时变化,且会受到外部干扰的影响,因此 很多的先进控制算法被应用到交流控制系统来解决上述问题。 (1)PI控制 优点:经典控制策略,方法简单,既能提高静态精度,又能改 善动态品质; 缺点:PI控制法属于线性的控制方法,适应负载能力差,抗干 扰能力差,控制性能不够稳定。 (2)滑模变结构控制 优点:不要求精确的数学模型,不受参数变化和外部扰动的影 响; 缺点:由于惯性,时间延迟等因素,存在抖振现象。
永磁同步电机简介PPT课件
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谢谢
永磁同步电机简介PPT课件
永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与 普通感应电动机基本相同,采用叠片结构以减小电动机运 行时的铁耗。转子可做成实心,也可用叠片叠压。电枢绕 组可采用集中整距绕组的,也可采用分布短距绕组和非常 规绕组。 有关特性:
电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电 流是造成发电机端电压下降的主要原因,当励磁电流不变时,发电机的端电压将随 无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求,发电机的端电压应 基本保持不变,实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节: 发电机与系统并联运行时,可以认为是与无限大容量电源的母线运行,要改变发电 机励磁电流,感应电势和定子电流也跟着变化,此时发电机的无功电流也跟着变化。 当发电机与无限大容量系统并联运行时,为了改变发电机的无功功率,必须调节发 电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”,而是只 是改变了送入系统的无功功率。
永磁同步电机简介PPT 课件
演讲人
目录
01
永磁同步电机简介PPT课件
02
电压的调节
永磁同步电机简介PPT课件
同步发电机为了实现能量的转换,需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电 流,称为发电机的励磁电流。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁 场,一方面切割定子绕组,并在定子绕组中产生感应电动势;另一方面以电磁力拖 动转子以同步转速旋转。永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量,它含 有ω与id或iq的乘积项,因此要得到精确的动态控制性能,必须对ω和id,iq解耦。 该控制方案摒弃了矢量控制中解耦的控制思想及电流反馈环节,采取定子磁链定向 的方法,利用离散的两点式控制直接对电动机的定子磁链和转矩进行调节,具有结 构简单,转矩响应快等优点。 永磁同步电动机以永磁体提供励磁,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,没有励磁损耗,提高了电动机的效率和功率密度。
谢谢
永磁同步电机简介PPT课件
永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与 普通感应电动机基本相同,采用叠片结构以减小电动机运 行时的铁耗。转子可做成实心,也可用叠片叠压。电枢绕 组可采用集中整距绕组的,也可采用分布短距绕组和非常 规绕组。 有关特性:
电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电 流是造成发电机端电压下降的主要原因,当励磁电流不变时,发电机的端电压将随 无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求,发电机的端电压应 基本保持不变,实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节: 发电机与系统并联运行时,可以认为是与无限大容量电源的母线运行,要改变发电 机励磁电流,感应电势和定子电流也跟着变化,此时发电机的无功电流也跟着变化。 当发电机与无限大容量系统并联运行时,为了改变发电机的无功功率,必须调节发 电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”,而是只 是改变了送入系统的无功功率。
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演讲人
目录
01
永磁同步电机简介PPT课件
02
电压的调节
永磁同步电机简介PPT课件
同步发电机为了实现能量的转换,需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电 流,称为发电机的励磁电流。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁 场,一方面切割定子绕组,并在定子绕组中产生感应电动势;另一方面以电磁力拖 动转子以同步转速旋转。永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量,它含 有ω与id或iq的乘积项,因此要得到精确的动态控制性能,必须对ω和id,iq解耦。 该控制方案摒弃了矢量控制中解耦的控制思想及电流反馈环节,采取定子磁链定向 的方法,利用离散的两点式控制直接对电动机的定子磁链和转矩进行调节,具有结 构简单,转矩响应快等优点。 永磁同步电动机以永磁体提供励磁,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,没有励磁损耗,提高了电动机的效率和功率密度。
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨,永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中,永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下,永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机,具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机,永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
THANKS
感谢观看
工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流,使电机转子与定子磁场保持同步, 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点,广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
05
CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步,永磁同步电动机的效率和性能不断提升, 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展,永磁同步电动机的智能化水平 不断提高,可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景,永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小,同时保持高性能。
《永磁同步电机》课件
《永磁同步电机》 PPT课件
contents
目录
• 永磁同步电机概述 • 永磁同步电机的设计与优化 • 永磁同步电机的控制技术 • 永磁同步电机的应用实例 • 永磁同步电机的挑战与展望
01
永磁同步电机概述
定义与工作原理
定义
永磁同步电机是一种利用永久磁体产 生磁场,通过控制器对电机电流的精 确控制实现电机转子和定子磁场同步 运行的电动机。
电动汽车驱动系统
01
电动汽车驱动系统是永磁同步电机的重要应用领域之
一。
02
永磁同步电机具有高效、可靠、低噪音等优点,能够
提高电动汽车的续航里程和性能。
03
在电动汽车驱动系统中,永磁同步电机可以作为主驱
电机,提供动力输出,实现车辆的加速和减速控制。
工业自动化设备
工业自动化设备是永磁同步电 机的另一个重要应用领域。
内运行。
噪声与振动分析
03
对电机运行过程中的噪声和振动进行测试和分析,以评估其运
行平稳性。
03
永磁同步电机的控制技 术
控制策略
PID控制
传统的控制方法,通过 比例、积分、微分三个
参数调整电机性能。
模糊控制
基于模糊逻辑的方法, 处理不确定性和非线性
问题。
神经网络控制
模仿人脑神经元网络, 处理复杂的模式和预测
02
永磁同步电机的设计与 优化
电机设计
磁路设计
根据电机性能要求,选择合适的磁路结构,如径 向、轴向或横向磁路。
绕组设计
根据电机尺寸和功率要求,设计绕组的匝数、线 径和绕组方式。
冷却系统设计
为确保电机长时间稳定运行,需设计有效的冷却 系统,如风冷或水冷。
contents
目录
• 永磁同步电机概述 • 永磁同步电机的设计与优化 • 永磁同步电机的控制技术 • 永磁同步电机的应用实例 • 永磁同步电机的挑战与展望
01
永磁同步电机概述
定义与工作原理
定义
永磁同步电机是一种利用永久磁体产 生磁场,通过控制器对电机电流的精 确控制实现电机转子和定子磁场同步 运行的电动机。
电动汽车驱动系统
01
电动汽车驱动系统是永磁同步电机的重要应用领域之
一。
02
永磁同步电机具有高效、可靠、低噪音等优点,能够
提高电动汽车的续航里程和性能。
03
在电动汽车驱动系统中,永磁同步电机可以作为主驱
电机,提供动力输出,实现车辆的加速和减速控制。
工业自动化设备
工业自动化设备是永磁同步电 机的另一个重要应用领域。
内运行。
噪声与振动分析
03
对电机运行过程中的噪声和振动进行测试和分析,以评估其运
行平稳性。
03
永磁同步电机的控制技 术
控制策略
PID控制
传统的控制方法,通过 比例、积分、微分三个
参数调整电机性能。
模糊控制
基于模糊逻辑的方法, 处理不确定性和非线性
问题。
神经网络控制
模仿人脑神经元网络, 处理复杂的模式和预测
02
永磁同步电机的设计与 优化
电机设计
磁路设计
根据电机性能要求,选择合适的磁路结构,如径 向、轴向或横向磁路。
绕组设计
根据电机尺寸和功率要求,设计绕组的匝数、线 径和绕组方式。
冷却系统设计
为确保电机长时间稳定运行,需设计有效的冷却 系统,如风冷或水冷。
永磁同步电机PPT课件
永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
2、内置式转子磁路结构
永磁体位于转子内部,永磁体外表面与定子铁心内 圆之间有铁磁物质制成的极靴,极靴中可以放置铸铝 笼或铜条笼,起阻尼或(和)起动作用,动、稳态性能 好,广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永 磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保 护,其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也 有助于提高电动机的过载能力和功率密度,而且易于
永磁同步电动机
主磁场方向不同:径向磁场式和轴向磁场式。
电枢绕组位置:内转子式(常规式)和外转 子式。
转子有无起动绕组:无起动绕组电动机(常 称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组电 动机(常称为异步起动永磁同步电动机)。
供电电流波形:可分为矩形波永磁同步电动 机(简称为无刷直流电动机)和正弦波永磁 同步电动机(简称为永磁同步电动机)。
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
3、爪极式转子磁路结构
1—左法兰盘 2—圆环形永磁体 3—右法兰盘 4—非磁性转轴
3、爪极式转子磁路结构
左右法兰盘的爪数相同,且两者的爪极互相 错开,沿圆周均匀分布,永磁体轴向充磁,因 而左右法兰盎的爪极分别形成极性相异,相互 错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子结 构永磁同步电动机的性能较低,又不具备异步 起动能力,但结构和工艺较为简单。
1、表面式转子磁路结构
插入式转子结构使用特点
这种结构可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩,提高电动机的功率密度, 动态性能较凸出式有所改善,制造工艺也较简 单,常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。
永磁同步电动机教材PPT课件
1用可控整流调压逆变器调频的交直交变频器2用不可控整流器整流用斩波器调压再用逆变器调频的交直交变频器3用不可控整流器整流用pwm逆变器同时调压调频的交直交变频器4用pwm可控整流器整流用pwm逆变器同时调压调频的交直交变频器当二次电子数最少为一个时可代替初始电子的作用继续不断从阴极发出电子形成不依赖外界因素的初始电子从而产生自持放电
E 4.44 f W k Φ • 对一台电机,其1 结构参数确定,则1有 1 W1 m
E • 说明只要协调地控制 、 ,即可1 达到控制气隙磁通 的目的。但由于电机绝缘和供 Φ 电电源的限制,电机运m行频率在基频以下及基频以上调速时须采取不同的控制方式。
f1
E1 f1 Φm
第26页/共77页
1. 基频以下调速
• 在变频调速系统中,由变频器提供给电机的频率变 化的电压或电流激励均是非正弦的,除基波外,还 包含大量的谐波。分析表明,决定感应电机变频运 行特性的主要还是基波,谐波分量只起着使电机电 压或电流畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引 起转矩脉动的作用。
第24页/共77页
变频调速的基本控制方式
• 若希望一台感应电机获得良好的运行性能、力能指标,必须保持其磁路工作点稳定不变,
• 永磁同步电动机与感应电动机相比,不需要无功励磁电流可以显著提高功率因数(可达 到1、甚至容性),减少了定子电流和定子电阻损耗,而且在稳定运行时没有转子电阻损 耗,进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损 耗,从而使其效率比同规格感应电动机可提高2—8个百分点。
第2页/共77页
即保持每极磁通量 额定不变。因为若 太强,电机磁路饱和,励磁电流、励磁损耗
及发热增大;若太弱,电机力能指标下降,电机出力不够,铁芯也未充分利用。换句话
E 4.44 f W k Φ • 对一台电机,其1 结构参数确定,则1有 1 W1 m
E • 说明只要协调地控制 、 ,即可1 达到控制气隙磁通 的目的。但由于电机绝缘和供 Φ 电电源的限制,电机运m行频率在基频以下及基频以上调速时须采取不同的控制方式。
f1
E1 f1 Φm
第26页/共77页
1. 基频以下调速
• 在变频调速系统中,由变频器提供给电机的频率变 化的电压或电流激励均是非正弦的,除基波外,还 包含大量的谐波。分析表明,决定感应电机变频运 行特性的主要还是基波,谐波分量只起着使电机电 压或电流畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引 起转矩脉动的作用。
第24页/共77页
变频调速的基本控制方式
• 若希望一台感应电机获得良好的运行性能、力能指标,必须保持其磁路工作点稳定不变,
• 永磁同步电动机与感应电动机相比,不需要无功励磁电流可以显著提高功率因数(可达 到1、甚至容性),减少了定子电流和定子电阻损耗,而且在稳定运行时没有转子电阻损 耗,进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损 耗,从而使其效率比同规格感应电动机可提高2—8个百分点。
第2页/共77页
即保持每极磁通量 额定不变。因为若 太强,电机磁路饱和,励磁电流、励磁损耗
及发热增大;若太弱,电机力能指标下降,电机出力不够,铁芯也未充分利用。换句话
永磁同步电机工作原理精品PPT课件
3)转子无阻尼绕组。
永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学
模型可以表达如下:
定子电压:
us
Rsis
d s
dt
定子磁链: s
Lsis
e jr
f
电磁转矩:
Te
3 2
n
p
s
is
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下:
标系中的数学模型可
s s j定s子 电流:
is is jis定子磁链:
内容提要
PMSM和BLDC电机的特点 PMSM和BLDC电机的应用范围 PMSM和BLDC电机的结构 PMSM和BLDC电机的工作原理 PMSM和BLDC电机的控制策略 PMSM电机的FOC控制策略
PMSM和BLDC电机的特点
优点
(1)功率密度大; (2)功率因数高(气隙磁场主要或全部由转
能性。
PMSM和BLDC电机的应用范围
软、硬磁盘驱动器、录像机磁鼓(视频磁 头)和磁带伺服系统
体积小、容量小、控制精度高
机床、机器人等数控系统
快速性好、定位(速度和位置)精度高、 起动转矩大、过载能力强
PMSM和BLDC电机的应用范围
交通运输
电动自行车、电动汽车、混合动力车、 城轨车辆、机车牵引
Lq )id iq
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
角度。导通顺序为 VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1...
U1
PMSM和BLDC电机的结构
永磁同步电机简介PPT课件
•12
4. 永磁同步电机的热点问题研究
(1)无传感器控制技术及各种先进智能控制 位置传感器的存在,增加了系统复杂度和成本,降低系统的鲁 棒性。难点是初始转子位置的准确性。 应于中高速运行的无传感器控制技术主要有: ●定子磁链估计法 ●模型参考自适应法 ●状态观测器法 ●滑模变结构法 ●神经网络辨识法 ●扩展卡尔曼滤波法 ●检测电机相电感变化的位置估计法
•6
永磁同步电机的特点
(1)永磁同步电机有高功率密度,与相同功率的感应电机相 比体积小,重量轻;
(2)具有小转动惯量,易于应用对电机驱动系统要求较高的 动态响应领域;
(3)与绕线式感应电机相比无滑环和电刷,可靠性提高,更 易应用于高速场合;
(4)与感应电机相比,永磁电机的转子激励不是靠感应线圈, 而是由固定的永磁铁实现的,且无直接电能消耗,电机效率 提高。
•15
5. 永磁同步电机的发展趋势
(1)大功率,高转速,高转矩,高效率,质量轻 (2)轻型化,微型化,高功能化,专业化 (3)动力传动一体化的电机驱动系统 (4)高性能,高档永磁同步电机伺服系统
•16
•11
(3)自适应控制 优点:无需精确的控制对象,无需进行参数估计; 缺点:在线辨识和校正的时间比较长,对一些变化较快的 伺服系统,达不到理想控制效果。 (4)模糊控制 优点:无需精确数学模型,鲁棒性强,适用于解决非线性, 时变系统的问题; 缺点:难以达到较高的控制精度,其本身很难消除稳态误 差。 (5)神经网络控制 优点:可以很好改善控制系统的稳定性和鲁棒性; 缺点:算法很复杂,多用于仿真实验。
•3
永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子Байду номын сангаас组
•4
• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 (1)表面贴装式(SM-PMSM)
4. 永磁同步电机的热点问题研究
(1)无传感器控制技术及各种先进智能控制 位置传感器的存在,增加了系统复杂度和成本,降低系统的鲁 棒性。难点是初始转子位置的准确性。 应于中高速运行的无传感器控制技术主要有: ●定子磁链估计法 ●模型参考自适应法 ●状态观测器法 ●滑模变结构法 ●神经网络辨识法 ●扩展卡尔曼滤波法 ●检测电机相电感变化的位置估计法
•6
永磁同步电机的特点
(1)永磁同步电机有高功率密度,与相同功率的感应电机相 比体积小,重量轻;
(2)具有小转动惯量,易于应用对电机驱动系统要求较高的 动态响应领域;
(3)与绕线式感应电机相比无滑环和电刷,可靠性提高,更 易应用于高速场合;
(4)与感应电机相比,永磁电机的转子激励不是靠感应线圈, 而是由固定的永磁铁实现的,且无直接电能消耗,电机效率 提高。
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5. 永磁同步电机的发展趋势
(1)大功率,高转速,高转矩,高效率,质量轻 (2)轻型化,微型化,高功能化,专业化 (3)动力传动一体化的电机驱动系统 (4)高性能,高档永磁同步电机伺服系统
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•11
(3)自适应控制 优点:无需精确的控制对象,无需进行参数估计; 缺点:在线辨识和校正的时间比较长,对一些变化较快的 伺服系统,达不到理想控制效果。 (4)模糊控制 优点:无需精确数学模型,鲁棒性强,适用于解决非线性, 时变系统的问题; 缺点:难以达到较高的控制精度,其本身很难消除稳态误 差。 (5)神经网络控制 优点:可以很好改善控制系统的稳定性和鲁棒性; 缺点:算法很复杂,多用于仿真实验。
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永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子Байду номын сангаас组
•4
• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 (1)表面贴装式(SM-PMSM)
永磁同步电机工作原理 ppt课件
3 Te pn f iq ( Ld Lq )id iq 2
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 角度。导通顺序为 VFVF 1 2、VFVF 2 3、VFVF 3 4、VFVF 4 5、VFVF 5 6、VFVF 6 1...
于是
2 0 i i A 3 i i 1 1 B 6 2
PMSM电机的FOC控制策略
轴和矢量 都以 (2)Park(2s/2r)变换 转速 旋转,分量 的长短不变。 轴与 轴 1 的夹角 随时间变化 q ( Fs )is i 两个交流电流 i、和两个 i iq 直流电流id、,产生同样 iq cos 的以同步转速1旋转的合 iq d id 成磁动势 Fs
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 i 电机的工作原理
B us
sq
q
s
f r 为了简化和求解数学模型方程,运用坐标变换理论 ,通 isd 0 A
PMSM电机的FOC控制策略
cos 1 控制
控制交、直轴电流分量,保持 PMSM 的功率因数为 1 , 在 cos 1条件下,电机的电磁转矩随电流的增加呈 现先增加后减小的趋势。 可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出 的最大转矩较小。
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 角度。导通顺序为 VFVF 1 2、VFVF 2 3、VFVF 3 4、VFVF 4 5、VFVF 5 6、VFVF 6 1...
于是
2 0 i i A 3 i i 1 1 B 6 2
PMSM电机的FOC控制策略
轴和矢量 都以 (2)Park(2s/2r)变换 转速 旋转,分量 的长短不变。 轴与 轴 1 的夹角 随时间变化 q ( Fs )is i 两个交流电流 i、和两个 i iq 直流电流id、,产生同样 iq cos 的以同步转速1旋转的合 iq d id 成磁动势 Fs
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 i 电机的工作原理
B us
sq
q
s
f r 为了简化和求解数学模型方程,运用坐标变换理论 ,通 isd 0 A
PMSM电机的FOC控制策略
cos 1 控制
控制交、直轴电流分量,保持 PMSM 的功率因数为 1 , 在 cos 1条件下,电机的电磁转矩随电流的增加呈 现先增加后减小的趋势。 可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出 的最大转矩较小。
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6
永磁同步电机的优点
一、同步电机的概念
1. 三相永磁同步电机转子由稀土永磁材料做成; 2. 永磁同步电机转子本身能产生固定方向的磁场; 3. 交流电定子旋转磁场“拖着”转子磁场(转子)转
动; 因此工作时转子的转速一定等于同步转速,也因此叫
做同步电机。
7
永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
1、效率高:
2、电机的功率因素:
交流异步电动机工作时,先要通过定子输入电流产生的磁场对转子 进行励磁,转子才能产生感生电流及转子磁场,与定子磁场相互作 用产生转矩。 这部分励磁电流是不作功的,称为无功电流,但无功电流也会产生 线损、发热。励磁电流的损耗,就是电机功率因素损耗。
3
电机使用的主要问题
二、电机使用存在的问题
4
电机使用的主要问题
三、电机选型
电机节能改造或新定制设备பைடு நூலகம்电机选型应应避免上述问题:
1、选用高能效电机-一级能效或二级能效电机
淘汰三级(含)能效以下电机已逐步强制淘汰。 考虑到企业节能的需求和国家引导方向,应首选一级能效电机。
2、选择合理选择电机的功率
可先进行现场测试,取得测试报告后再选型。
3、合理的控制模式
▪ 如用18.5kW 永磁电机代替 22kW 的Y系列电机,节省了设备的投入 费用,提高了系统的运行效能。
9
永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
4、温升低:
▪ 转子绕组中不存在铜损,定子绕组中几乎不存在无功电流,这样电机 温升低。
5、力能指标好:
▪ 异步电动机在低负载率 (即不在额定点运行)的情况下,效率和功 率因数下降严重。
二、同步电机的优点
2、功率因数高:
▪ 稀土永磁电机转子中无感应电流励磁,定子绕组呈现阻性负载,电 机的功率因数近于1;
▪ 减小了定子电流,进一步提高了电机的效率。 ▪ 同时功率因数的提高,提高了电网的品质因数,减少了输变电线路
的损耗,输变电容量也可降低,节省电网投资。
3、起动力矩大:
▪ 在需要大启动转矩的设备(如某倍捻机)中,可以用较小容量的稀 土永磁电机替代较大容量Y系列电机;
▪ 由于磁路系统的小型化,绕组亦趋小,从而减少了电机的铜 损和铁损,效率提高;
▪ 在转子上嵌人稀土永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁 场同步运行,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞 损耗;
▪ 定子电流中无励磁电流分量,功率因数高,定子电流小,定 子侧铜损下降,提高了电机效率。
8
永磁同步电机的优点
▪ 永磁电动机的效率在较大的负载变化范围平坦变化保持高效率,节能 效果突出。尤其对启动负载大、运行负载小的电机,节能效果更好。
▪ Y系列电机在 60%的负荷下工作时,效率下降15%,功率因数下降30% ,力能指标下降40%。
▪ 永磁电机的效率和功率因数下降甚微,当电机只有20%负荷时,其力能 指标仍为满负荷的 80%以上。
1、高能耗电机:
▪ 目前大量使用的高能耗电机,电机的效率很低,大量的电能损 耗通过电机发热浪费掉
▪ 电机的发热又使车间的环境温度升高
2、大马拉小车:
▪ 为了追求高起动转矩,片面地加大电机的功率。 ▪ 交流异步电动机70%-100%的负载时效率较高。负载率下降时
,电机的效率急速下降,同时功率因素降低。
淘汰高能耗的自耦降压起动、星/三角降压起动、串联电阻起动等控制模式 选用变频起动控制模式,以消除起动时对电网的浪涌冲击、机械冲击
5
电机使用的主要问题
四、电机能耗标准
根据GB18613-2012标准(和国际标准的对比): 三级(含三级)以下能耗的电机,已经进入国家强制淘汰程序; 三级能效相当于国际IE2高效等级; 二级能效相当于国际IE3超高效等级; 一级能效相当于国际IE4超超高效等级。
10
永磁同步电机-节能电机
2016年11月18日
1
主要内容
电机使用的主要问题 永磁同步电机的优点
2
电机使用的主要问题
一、电机的功率损耗的概念
1、电机的能量转换效率:
电动机工作原理将输入电能先转换为磁能,再转换为机械能输出。 能量转换过程中,电动机自身会产生电路损耗、磁路损耗、机械损 耗以及杂散损耗,并以热能形式从电机散发出去。
永磁同步电机的优点
一、同步电机的概念
1. 三相永磁同步电机转子由稀土永磁材料做成; 2. 永磁同步电机转子本身能产生固定方向的磁场; 3. 交流电定子旋转磁场“拖着”转子磁场(转子)转
动; 因此工作时转子的转速一定等于同步转速,也因此叫
做同步电机。
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永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
1、效率高:
2、电机的功率因素:
交流异步电动机工作时,先要通过定子输入电流产生的磁场对转子 进行励磁,转子才能产生感生电流及转子磁场,与定子磁场相互作 用产生转矩。 这部分励磁电流是不作功的,称为无功电流,但无功电流也会产生 线损、发热。励磁电流的损耗,就是电机功率因素损耗。
3
电机使用的主要问题
二、电机使用存在的问题
4
电机使用的主要问题
三、电机选型
电机节能改造或新定制设备பைடு நூலகம்电机选型应应避免上述问题:
1、选用高能效电机-一级能效或二级能效电机
淘汰三级(含)能效以下电机已逐步强制淘汰。 考虑到企业节能的需求和国家引导方向,应首选一级能效电机。
2、选择合理选择电机的功率
可先进行现场测试,取得测试报告后再选型。
3、合理的控制模式
▪ 如用18.5kW 永磁电机代替 22kW 的Y系列电机,节省了设备的投入 费用,提高了系统的运行效能。
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永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
4、温升低:
▪ 转子绕组中不存在铜损,定子绕组中几乎不存在无功电流,这样电机 温升低。
5、力能指标好:
▪ 异步电动机在低负载率 (即不在额定点运行)的情况下,效率和功 率因数下降严重。
二、同步电机的优点
2、功率因数高:
▪ 稀土永磁电机转子中无感应电流励磁,定子绕组呈现阻性负载,电 机的功率因数近于1;
▪ 减小了定子电流,进一步提高了电机的效率。 ▪ 同时功率因数的提高,提高了电网的品质因数,减少了输变电线路
的损耗,输变电容量也可降低,节省电网投资。
3、起动力矩大:
▪ 在需要大启动转矩的设备(如某倍捻机)中,可以用较小容量的稀 土永磁电机替代较大容量Y系列电机;
▪ 由于磁路系统的小型化,绕组亦趋小,从而减少了电机的铜 损和铁损,效率提高;
▪ 在转子上嵌人稀土永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁 场同步运行,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞 损耗;
▪ 定子电流中无励磁电流分量,功率因数高,定子电流小,定 子侧铜损下降,提高了电机效率。
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永磁同步电机的优点
▪ 永磁电动机的效率在较大的负载变化范围平坦变化保持高效率,节能 效果突出。尤其对启动负载大、运行负载小的电机,节能效果更好。
▪ Y系列电机在 60%的负荷下工作时,效率下降15%,功率因数下降30% ,力能指标下降40%。
▪ 永磁电机的效率和功率因数下降甚微,当电机只有20%负荷时,其力能 指标仍为满负荷的 80%以上。
1、高能耗电机:
▪ 目前大量使用的高能耗电机,电机的效率很低,大量的电能损 耗通过电机发热浪费掉
▪ 电机的发热又使车间的环境温度升高
2、大马拉小车:
▪ 为了追求高起动转矩,片面地加大电机的功率。 ▪ 交流异步电动机70%-100%的负载时效率较高。负载率下降时
,电机的效率急速下降,同时功率因素降低。
淘汰高能耗的自耦降压起动、星/三角降压起动、串联电阻起动等控制模式 选用变频起动控制模式,以消除起动时对电网的浪涌冲击、机械冲击
5
电机使用的主要问题
四、电机能耗标准
根据GB18613-2012标准(和国际标准的对比): 三级(含三级)以下能耗的电机,已经进入国家强制淘汰程序; 三级能效相当于国际IE2高效等级; 二级能效相当于国际IE3超高效等级; 一级能效相当于国际IE4超超高效等级。
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永磁同步电机-节能电机
2016年11月18日
1
主要内容
电机使用的主要问题 永磁同步电机的优点
2
电机使用的主要问题
一、电机的功率损耗的概念
1、电机的能量转换效率:
电动机工作原理将输入电能先转换为磁能,再转换为机械能输出。 能量转换过程中,电动机自身会产生电路损耗、磁路损耗、机械损 耗以及杂散损耗,并以热能形式从电机散发出去。