永磁同步电机简介 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 ppt课件
静止学习参数时电机无转动，分两步完成：发电压、大电流， 这两步完成后学出电机参数D轴电感、Q轴电感、定子电 阻。感应电动势根据给出的电机参数计算得出。
旋转学习参数电机有转动，分三步完成：发电压、大电流、 旋转电机。前两步后学出电机参数D轴电感、Q轴电感、 定子电阻，第三步学习出感应电动势。
在电机有负载的情况下需要静止学习参数。
永磁同步电机参数学习
学习完成后，读取电机参数： F870（PMSM感应电动势1000r/min） F871（PMSM D轴电感） F872（PMSM Q轴电感） F873（PMSM定子电阻） 额定频率输出电压与F870参数的关系 额定频率输出电压=（额定频率/1000）*F870参数 F876（空载注入电流） （异步电机参数学习后，读取参数F806~F809）
永磁同步电机
永磁同步电机与异步机
永磁同步电机 交流异步机Байду номын сангаас
永磁同步电机基本原理
在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机 的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体 的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中 产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与 定子中产生的旋转磁极的转速相等
永磁同步电机相比交流异步电机优势
1、效率高、更加省电； 2、功率因数高，对电网影响小； 3、电机结构简单灵活； 4、可靠性高，故障率低； 5、体积小，重量轻； 6、起动力矩大、噪音小、温升低；
永磁同步变频调速功能应用
目前公司绝大部分产品都已添加同步机功能： E2000、E800、AC10、EP66、EM30、细纱机、伺服 驱动器。 在测试过程中如果涉及到新机测试、改板、换霍尔等情 况时，均需要进行同步机测试。
旋转学习参数电机有转动，分三步完成：发电压、大电流、 旋转电机。前两步后学出电机参数D轴电感、Q轴电感、 定子电阻，第三步学习出感应电动势。
在电机有负载的情况下需要静止学习参数。
永磁同步电机参数学习
学习完成后，读取电机参数： F870（PMSM感应电动势1000r/min） F871（PMSM D轴电感） F872（PMSM Q轴电感） F873（PMSM定子电阻） 额定频率输出电压与F870参数的关系 额定频率输出电压=（额定频率/1000）*F870参数 F876（空载注入电流） （异步电机参数学习后，读取参数F806~F809）
永磁同步电机
永磁同步电机与异步机
永磁同步电机 交流异步机Байду номын сангаас
永磁同步电机基本原理
在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机 的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体 的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中 产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与 定子中产生的旋转磁极的转速相等
永磁同步电机相比交流异步电机优势
1、效率高、更加省电； 2、功率因数高，对电网影响小； 3、电机结构简单灵活； 4、可靠性高，故障率低； 5、体积小，重量轻； 6、起动力矩大、噪音小、温升低；
永磁同步变频调速功能应用
目前公司绝大部分产品都已添加同步机功能： E2000、E800、AC10、EP66、EM30、细纱机、伺服 驱动器。 在测试过程中如果涉及到新机测试、改板、换霍尔等情 况时，均需要进行同步机测试。
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
பைடு நூலகம்
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。
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。
《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。
《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
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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
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（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）
《永磁同步电机》课件
总结永磁同步电机的优点和潜力，强调其在节 能和环保方面的重要作用。
未来发展前景
展望永磁同步电机在未来的发展前景，以及对 社会经济发展的积极影响。
设计与控制
设计与优化
深入研究永磁同步电机的设计原则，以实现最佳性 能。
控制技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
了解永磁同步电机的控制技术，包括传统控制和现 代变频技术。
未来发展
1
永磁同步电机的趋势
探索永磁同步电机在未来的趋势，包括技术创新和应用扩展。
2
问题和挑战
展示目前永磁同步电机领域面临的问题和挑战，并探索解决方案。
结论
优点和潜力
了解永磁同步电机相较于其他类型电机在功率密度方面的优势。
3 无感应起动
探索永磁同步电机无需外力引起的起动特点，及其在应用中的优势。
应用
家用电器
了解永磁同步电机在空调、洗衣 机和冰箱等家电中的应用。
工业设备
探索永磁同步电机在工业设备领 域的广泛应用，如机床、泵和风 机。
汽车行业
学习永磁同步电机在电动汽车和 混合动力汽车中的应用。
《永磁同步电机》PPT课 件
欢迎来到《永磁同步电机》的课件。本课件将介绍永磁同步电机的概念、工 作原理、特点、应用、设计与控制以及未来发展等内容。让我们一起探索这 一令人着迷的领域。
永磁同步电机的含义
简介
什么是永磁同步电机？了解其基本定义和特点。
种类
不同类型的永磁同步电机有哪些？学习它们的特点和应用领域。
与异步电机的对比
对比永磁同步电机和异步电机的优缺点，探讨它们的应用差异。
原理
1
磁场理论基础
通过理解磁场的基本原理来认识永磁同步电机的工作原理。
2
未来发展前景
展望永磁同步电机在未来的发展前景，以及对 社会经济发展的积极影响。
设计与控制
设计与优化
深入研究永磁同步电机的设计原则，以实现最佳性 能。
控制技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
了解永磁同步电机的控制技术，包括传统控制和现 代变频技术。
未来发展
1
永磁同步电机的趋势
探索永磁同步电机在未来的趋势，包括技术创新和应用扩展。
2
问题和挑战
展示目前永磁同步电机领域面临的问题和挑战，并探索解决方案。
结论
优点和潜力
了解永磁同步电机相较于其他类型电机在功率密度方面的优势。
3 无感应起动
探索永磁同步电机无需外力引起的起动特点，及其在应用中的优势。
应用
家用电器
了解永磁同步电机在空调、洗衣 机和冰箱等家电中的应用。
工业设备
探索永磁同步电机在工业设备领 域的广泛应用，如机床、泵和风 机。
汽车行业
学习永磁同步电机在电动汽车和 混合动力汽车中的应用。
《永磁同步电机》PPT课 件
欢迎来到《永磁同步电机》的课件。本课件将介绍永磁同步电机的概念、工 作原理、特点、应用、设计与控制以及未来发展等内容。让我们一起探索这 一令人着迷的领域。
永磁同步电机的含义
简介
什么是永磁同步电机？了解其基本定义和特点。
种类
不同类型的永磁同步电机有哪些？学习它们的特点和应用领域。
与异步电机的对比
对比永磁同步电机和异步电机的优缺点，探讨它们的应用差异。
原理
1
磁场理论基础
通过理解磁场的基本原理来认识永磁同步电机的工作原理。
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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。
8
2. 永磁同步电机控制技术发展状况
核心器件技术发展 （1）20世纪五六十年代以晶闸管为代表； （2）20世纪七八十年代以GTO,GTR,MOSFET的发展； （3）20世纪后期的IGBT出现，成为电力电子领域的主导功率
器件； （4）以PIC,HVIC,IPM等功率集成电路为代表，将功率器件与
驱动，检测和保护于一体，使电机可靠性更高，功率密度更 大； （5）微处理器的发展，DSP的出现；同时FPGA/CPLD技术的 发展为实现PWM控制提供了新的进展。
9
永磁同步电机控制策略
（1）上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke
首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电
机转矩控制 问题。 ~
给定
i*m
信号
控制器i*t
+
i* VR-1 i* iB 变频器 iC
s
i
im
等效直流
3/2 iβ VR
电机模型
异步电动机 it
7
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。
14
适应于零速和低速运行的方法有： ●旋转高频电压信号注入 ●脉动高频电压信号注入 ●INFORM法 ●载波频率成分提取法 （2）良好的启动性能 永磁同步电机启动转矩小，启动速度慢。 启动方法主要有异步启动法和变频启动法。 异步启动使电机加工工艺变复杂，机械强度变差；变频启动 对变频器的质量和性能有较高的要求。
第一阶段：20世纪60—70年代，主要集中在航空，航天等特殊 行业高端领域；
第二阶段：20世纪80年代，随着钕铁硼永磁材料出现和电力电 子与微电子的发展，开始扩展到工业和民用领域；
第三阶段：20世纪90年代至今，永磁材料，电力电子，微电子， 控制算法等都有了显著进步，使其应用更广泛，已经成为驱 动系统的首选电机。
13
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
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（2）电机驱动系统包括电机，驱动器，电流，位置及速度控 制器等；
（3）永磁电机是一种电能转化为机械能的装置，主要通过定 子与转子磁场相互作用产生旋转转矩，带动负载；
（4）与感应电机相比，在原理和结构等方面相似，定子结构 基本一致，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。
3
永磁同步电机的发展历程
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（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。
武琦 2016/9/12
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（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
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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。
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2. 永磁同步电机控制技术发展状况
核心器件技术发展 （1）20世纪五六十年代以晶闸管为代表； （2）20世纪七八十年代以GTO,GTR,MOSFET的发展； （3）20世纪后期的IGBT出现，成为电力电子领域的主导功率
器件； （4）以PIC,HVIC,IPM等功率集成电路为代表，将功率器件与
驱动，检测和保护于一体，使电机可靠性更高，功率密度更 大； （5）微处理器的发展，DSP的出现；同时FPGA/CPLD技术的 发展为实现PWM控制提供了新的进展。
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永磁同步电机控制策略
（1）上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke
首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电
机转矩控制 问题。 ~
给定
i*m
信号
控制器i*t
+
i* VR-1 i* iB 变频器 iC
s
i
im
等效直流
3/2 iβ VR
电机模型
异步电动机 it
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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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适应于零速和低速运行的方法有： ●旋转高频电压信号注入 ●脉动高频电压信号注入 ●INFORM法 ●载波频率成分提取法 （2）良好的启动性能 永磁同步电机启动转矩小，启动速度慢。 启动方法主要有异步启动法和变频启动法。 异步启动使电机加工工艺变复杂，机械强度变差；变频启动 对变频器的质量和性能有较高的要求。
第一阶段：20世纪60—70年代，主要集中在航空，航天等特殊 行业高端领域；
第二阶段：20世纪80年代，随着钕铁硼永磁材料出现和电力电 子与微电子的发展，开始扩展到工业和民用领域；
第三阶段：20世纪90年代至今，永磁材料，电力电子，微电子， 控制算法等都有了显著进步，使其应用更广泛，已经成为驱 动系统的首选电机。
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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
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（2）电机驱动系统包括电机，驱动器，电流，位置及速度控 制器等；
（3）永磁电机是一种电能转化为机械能的装置，主要通过定 子与转子磁场相互作用产生旋转转矩，带动负载；
（4）与感应电机相比，在原理和结构等方面相似，定子结构 基本一致，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。
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永磁同步电机的发展历程
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（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。