永磁同步电机工作原理 ppt课件
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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。
永磁同步电机原理及其应用ppt课件
医疗机械领域 传统高速旋转的整流子电机不仅缺点率高，且寿命短、噪声大、无法做消毒 处置。用电子换向无刷直流永磁电机可以极大的提高任务可靠性，降低噪 声，延伸寿命，是开发新一代医疗器械的关键。
永磁同步变频调速电机运用案例
家电行业领域 由于永磁电机在低运转时效率极高，可以有效的降低频繁启动的损耗，是实 现家电节能的较佳技术途径之一。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其电机电流更小，相应 地电机的定子铜耗更小，效率也更高。
d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受电机极数的影响， 因此便于设计成多极电机〔如可以100极以上〕，这样对于传统需求经过 减速箱来驱动负载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统， 从而省去了减速箱，提高了传动效率。
永磁同步变频调速电机运用案例
船舶电力推进领域 推进电机是船舶综合电力系统的重要组成部分、永磁同步推进电机具有体积 小、分量轻、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维护性好 等优点，是船舶推进电机的理想选择。
永磁同步变频调速电机运用案例
挤出机领域 螺杆驱动电机是挤出机动力系统的重要组成部分、永磁同步电机具有体积 小、分量轻、效率高、噪声低、可靠性高、可维护性好等优点，是挤出机 驱动电机的理想选择。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
5、体积小，功率密度大：
永磁同步变频调速电机体积小，功率密度大的优势，集中表达在驱动低速大 扭矩的负载时，一个是电机的极数的增多，电机体积可以减少。还有就是： 电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小，那么在采用一样绝缘等
级 的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机构造的灵敏性，可以省去电机 内许多无效部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。
永磁同步变频调速电机运用案例
家电行业领域 由于永磁电机在低运转时效率极高，可以有效的降低频繁启动的损耗，是实 现家电节能的较佳技术途径之一。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其电机电流更小，相应 地电机的定子铜耗更小，效率也更高。
d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受电机极数的影响， 因此便于设计成多极电机〔如可以100极以上〕，这样对于传统需求经过 减速箱来驱动负载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统， 从而省去了减速箱，提高了传动效率。
永磁同步变频调速电机运用案例
船舶电力推进领域 推进电机是船舶综合电力系统的重要组成部分、永磁同步推进电机具有体积 小、分量轻、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维护性好 等优点，是船舶推进电机的理想选择。
永磁同步变频调速电机运用案例
挤出机领域 螺杆驱动电机是挤出机动力系统的重要组成部分、永磁同步电机具有体积 小、分量轻、效率高、噪声低、可靠性高、可维护性好等优点，是挤出机 驱动电机的理想选择。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
5、体积小，功率密度大：
永磁同步变频调速电机体积小，功率密度大的优势，集中表达在驱动低速大 扭矩的负载时，一个是电机的极数的增多，电机体积可以减少。还有就是： 电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小，那么在采用一样绝缘等
级 的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机构造的灵敏性，可以省去电机 内许多无效部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。
永磁同步电动机教材ppt课件
• 与异步电机不同，同步电机不能采用调理 转差的方法，只能调频调速。根据对频率 进展控制的不同方法，同步电机变频调速
系统可以分为它控式和自控式。当同步电
机定子电压频率由一个外部频率控制安装 进展控制时，称为他控方式。当同步电机
定子电压频率由其轴上位置传感器发出的 脉冲来控制变频安装的触发脉冲时，称为 自控方式。
2. 由永磁体来产生磁场 由于永磁资料的固有特性，它经过预先磁化[充磁]
以后，不再需求外加能量就能在其周围空间建立磁场。
• 与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是 稀土永磁电机具有构造简单，运转可靠；体积 小，质量轻；损耗少，效率高；电机的外形和 尺寸可以灵敏多样等显著优点。因此运用范围 极为广泛，几乎普及航空航天、国防、工农业 消费和日常生活的各个领域。
在变频技术日新月异地开展的同时，交流电动机 控制技术获得了突破性进展。
1.2 感应电动机调速的根本方法
n 6 0 f1 (1 s)/P n n 0 (1 s)
• 感应电动机的调速方法分为变频调速、变极对 数调速和调转差率调速三种。
• 详细的说常见的根本种类有：①降电压调速； ②电磁转差离合器调速；③绕线转子感应电机 转子回路串电阻调速；④绕线转子感应电机串 级调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等。
永磁资料
永磁电机的性能、设计制造特点和 运用范围都与永磁资料的性能亲密相关。 永磁资料种类众多，性能差别很大。因 此，在研讨永磁电机之前，首先从设计 制造电机的需求出发，了解电机中最常 用的三种主要永磁资料〔铁氧体、铝镍 钴、钕铁硼〕的根本性能，包括磁性能、 物理性能，选用时的本卷须知。
永磁体的磁稳定性
• U 1 f1 常值。此时采用带低频定子电阻压降 补偿的恒电压频率比控制，其电压、频率关系 如图中曲线所示。假设电动机在不同转速下都 有额定电流，那么电机能在温升允许的情况下 长期运转，这时转矩根本上随磁通变化。由于 维持了气隙磁通恒定，电机将作恒转矩运转。
永磁同步电机工作原理及控制策略最新课件
q
(Fs )is
1
两个交流电流 i 、 i 和两个
i iq
iq cos
id
d
直流电流i d 、 i q，产生同样
的以同步转速 1 旋转的合
成磁动势 F s
s
O i
id sin
iq sin
d 、 q 轴和矢量 F S ( is ) 都以
转速 1 旋转，分量 i d 、 i q
的长短不变。 轴与 d 轴
us
Rsis
ds
dt
定子磁链： s Lsisfejr
电磁转矩：
Te
3 2
np
s
is
永磁同步电机工作原理及控制策略 最新课件
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 坐标系中的数学模型可
以表达如下：
定子电流： s sjs
定子磁链： is is jis
电磁转矩： Te32np sissis
永磁同步电机工的作原夹理及角控制策略随时间变化
最新课件
PMSM电机的FOC控制策略
3、FOC控制方式
id 0 控制
定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与 永磁体磁场空间矢量正交，电机的输出转矩与定子电 流成正比。 其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好， 可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、 机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器 容量不能充分利用。
c)三三通电时合成转矩
Tb 2
To
Ta 2
Ta Tb
Tc
2
Tc Tb
a)
b)
Ta
To
To Tc To
To To
To c)
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。
•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）
永磁同步电机课件
通过集成传感器和智能化技术，实现 对电机运行状态的实时监测和故障诊 断，提高电机的可靠性和寿命。
先进控制算法
采用先进的控制算法和策略，实现电 机的快速响应、高精度控制和节能运 行。
应用拓展
新能源汽车
随着新能源汽车市场的不断扩大，永磁同步电机在电动汽车、混 合动力汽车等领域的应用越来越广泛。
工业自动化
可靠性
寿命
永磁同步电机的寿命较长，能够在恶劣的环境下稳定运行。
维护
永磁同步电机维护成本较低，因为其结构简单，部件较少。
05
永磁同步电机的优化设计
材料选择
01
02
03
永磁材料
选择具有高磁导率、高矫 顽力和高剩磁的永磁材料 ，如钕铁硼和钐钴等，以 提高电机的性能。
导磁材料
选用具有高磁导率和低损 耗的导磁材料，如硅钢片 和坡莫合金等，以降低电 机的铁损和涡流损耗。
保护等，以防止电机在异常情况下损坏。
04
控制器的设计需要考虑到电机的参数、控制算法、控 制精度和动态响应等因素，以确保电机能够高效、稳 定地运行。
驱动器
驱动器是永磁同步电机控制系统的执 行机构，负责将控制器发出的控制指 令转换为电机的实际运行状态。
驱动器的设计需要考虑到电机的参数 、驱动能力、效率、可靠性和安全性 等因素，以确保电机能够高效、稳定 地运行。
应用
永磁同步电机广泛应用于工业自 动化、电动汽车、风力发电等领 域，特别是在需要高效率、高转 矩密度和宽广调速范围的场合。
02
永磁同步电机的结构
定子
绕组
定子绕组是永磁同步电机中的重要组 成部分，通常由铜线绕制而成，其作 用是产生磁场。
铁芯
定子铁芯由硅钢片叠压而成，用于固 定和加强定子绕组，同时帮助集中磁 力线。
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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。
PMSM和BLDC电机的结构
vab
PMSM和BLDC电机的特点
缺点 （1）价格较高；
（2）弱磁能力低；
（3）起动困难，高速制动时电势高，给 逆变器带来一定的风险； （4）他控式同步电机有失步和震荡的可 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
定子磁链：
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：
ud Rs id d d r q dt
uq Rs iq
d q dt
r d
定子磁链：
d Ld id f
q Lq iq
电磁转矩：
PMSM和BLDC电机的结构
（2）内埋式（IPMSM）
交直轴电感:Lq>Ld 气隙较小，有较好的 弱磁能力
PMSM和BLDC电机的结构
无刷直流电机 永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电动 势亦是交流梯形波 定子绕组为Y或
联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反应很小
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
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 子磁场提供）； （3）效率高（不需要励磁，绕组损耗小）； （4）结构紧凑、体积小、重量轻，维护简 单； （5）内埋式交直轴电抗不同，产生结构转 矩，弱磁性能好，表面贴装式弱磁性 能较差。
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
d、q ：转子两相坐标系
PMSM和BLDC电机的工作原理
假设： 1)忽略电动机铁心的饱和；
2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 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：
d s 定子电压： us Rs is dt j 定子磁链： s Lsis f e
b) VF 、VF 导通是合成转矩
2 3
Tc
Tb
TcTb b)源自Ta TcTac Tbc Tba Tca c)
Tab
c)两两通电时合成转矩
Y联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图
PMSM和BLDC电机的工作原理
（2）三三通电方式
每一瞬间有三个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每个功率开关导通180度电角度。导通顺序为
i PMSM的数学模型
s
d
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 。 C u s ：定子电压
is ：定子电流
s ：定子磁链矢量 f ：转子磁链矢量 r ：转子角位置 A、B、C ：定子三相静止坐标系 、 ：定子两相静止坐标系 ：电机转矩角
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...
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
家用电器 冰箱、空调等（单位体积功率密度高、 体积小）
PMSM和BLDC电机的结构
模拟结构图
A
⊕
⊙
Y
Z
⊙
b
r
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。
PMSM和BLDC电机的结构
vab
PMSM和BLDC电机的特点
缺点 （1）价格较高；
（2）弱磁能力低；
（3）起动困难，高速制动时电势高，给 逆变器带来一定的风险； （4）他控式同步电机有失步和震荡的可 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
定子磁链：
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：
ud Rs id d d r q dt
uq Rs iq
d q dt
r d
定子磁链：
d Ld id f
q Lq iq
电磁转矩：
PMSM和BLDC电机的结构
（2）内埋式（IPMSM）
交直轴电感:Lq>Ld 气隙较小，有较好的 弱磁能力
PMSM和BLDC电机的结构
无刷直流电机 永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电动 势亦是交流梯形波 定子绕组为Y或
联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反应很小
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
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 子磁场提供）； （3）效率高（不需要励磁，绕组损耗小）； （4）结构紧凑、体积小、重量轻，维护简 单； （5）内埋式交直轴电抗不同，产生结构转 矩，弱磁性能好，表面贴装式弱磁性 能较差。
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
d、q ：转子两相坐标系
PMSM和BLDC电机的工作原理
假设： 1)忽略电动机铁心的饱和；
2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 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：
d s 定子电压： us Rs is dt j 定子磁链： s Lsis f e
b) VF 、VF 导通是合成转矩
2 3
Tc
Tb
TcTb b)源自Ta TcTac Tbc Tba Tca c)
Tab
c)两两通电时合成转矩
Y联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图
PMSM和BLDC电机的工作原理
（2）三三通电方式
每一瞬间有三个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每个功率开关导通180度电角度。导通顺序为
i PMSM的数学模型
s
d
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 。 C u s ：定子电压
is ：定子电流
s ：定子磁链矢量 f ：转子磁链矢量 r ：转子角位置 A、B、C ：定子三相静止坐标系 、 ：定子两相静止坐标系 ：电机转矩角
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...
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
家用电器 冰箱、空调等（单位体积功率密度高、 体积小）
PMSM和BLDC电机的结构
模拟结构图
A
⊕
⊙
Y
Z
⊙
b
r