三相同步电机调速系统
同步电机的变频调速系统
图2-3由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统
2.4
为了获得高动态性能，同步电动机变压变频调速系统也可以采用矢量控制，其基本原理和异步电动机矢量控制相似，也是通过坐标变换，把同步电动机等效成直流电动机，再模仿直流电动机的控制方法进行控制。但由于同步电动机的转子结构与异步电动机不同，其矢量坐标变换也有自己的特色。
（1）在电动机轴端装有一台转子位置检测器BQ（见图8-7），由它发出的信号控制变压变频装置的逆变器U I换流，从而改变同步电动机的供电频率，保证转子转速与供电频率同步。调速时则由外部信号或脉宽调制（PWM）控制UI的输入直流电压。
（2）从电动机本身看，它是一台同步电动机，但是如果把它和逆变器UI、转子位置检测器BQ合起来看，就象是一台直流电动机。直流电动机电枢里面的电流本来就是交变的，只是经过换向器和电刷才在外部电路表现为直流，这时，换向器相当于机械式的逆变器，电刷相当于磁极位置检测器。这里，则采用电力电子逆变器和转子位置检测器替代机械式换向器和电刷。
（3）同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻尼绕组。
（4）异步电动机的气隙是均匀的，而同步电动机则有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不等，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步电动机称作磁阻式同步电动机。
在同步电动机中，除转子直流励磁外，定子磁动势还产生电枢反应，直流励磁与电枢反应合成起来产生气隙磁通，合成磁通在定子中感应的电动势与外加电压基本平衡。
第三章 同步电动机的变频调速控制
30年代
铝镍钴、铁氧体
差
易去磁
1
2 3
90年代 60年代 后期
铁氧体 稀土永磁： SmC05
3.6~4.0 24 33 38~40
价格低 （稀土的1/10） 热稳定性好 不怕去磁 钴含量高、价格高
70年代 初期
第三代
稀土永磁： SmC017 稀土永磁： 钕铁硼 Nd-Fe-B
我国储量世界第一， 温度可达200℃？
图示位置是转子磁极轴线 从某相绕组轴线转过30°的位 置，在此瞬间触发该相晶闸管， 从产生转矩的角度看是最有利 的。在此位置下，在绕组通电 的1/3周期里，载流导体正好 处于比较强的磁场中，所产生 的转矩平均值最大，脉动最小。 从时间相位上看，晶闸管触发 瞬间正好是该感应电势交变过 零之后的30°相位处，习惯上 将此点选作晶闸管触发相位的 基准点，称为空载换流超前 角 。
结 论
0 0 、 三相式，对转矩最为有利。
矛盾：
晶闸管靠反电势自然换流，要求 0 超前，目前常取 0 60 ，或按负载的 动态调节。转矩脉动大：凸极式无换向电 机中，还存在磁阻转矩，当 超前时为 0 负值，将使输出转矩减小。
二、逆变器晶闸管的换流问题
问题的提出： 直流无换向器电机的晶闸管直接接在直流电 源上,导通后无法自行关断，换流困难。必须采取 特殊的换流措施。 解决： 在过激状态下向逆变器提供超前的无功电流， 可利用电机的反电势来实现自然换流。
优点: (1) 只要精确地控制变频电源的频率就能准确控 制转速，无需速度反馈控制。 (2) 转矩干扰只影响同步电动机的功角，不影响 电机的转速可以在极低的转速下运行，调速范围 较宽。 (3)可以调节转子励磁来调节电机的功率因数,甚 至可在 下运行。 (4) 运行在超前功率因数下，有可能利用电动机 的反电势实现负载换流，克服强迫换流的弊病 （晶闸管)。 缺点：同步电机本身结构稍微复杂
电气传动与调速系统模拟题
电气传动与调速系统模拟试卷1一、判断题：9个题，每小题2分，合计18分。
1.由电动机作为动力源，通过传动机构拖动各类生产机械，在控制系统的作用下完成一定的生产工艺要求的系统，称为电气传动系统。
（）【A.】√【B.】×2.直流电机中用于产生感应电动势和通过电流的电路部分是励磁绕组。
（）【A.】√【B.】×3. 三相异步电动机的结构包括定子和转子两大部分。
（）【A.】√【B.】×4. 在电源频率一定时，同步电机的转速ｎ恒定，等于同步转速。
（）【A.】√【B.】×5. 一台伺服电动机的机械特性曲线如下图所示，可知，该电动机应该是直流伺服电动机。
（）【A.】√【B.】×6.电动机发热和冷却的情况不但与其所带负载的大小有关，而且与所带负载的持续时间有关。
（）【A.】√【B.】×7. 降压变换器是通过调整输入电压的幅值实现电压的变换。
（）【A.】√【B.】×8. 规则采样法实现SPWM时，采用载波正峰值采样的方法更准确。
（）【A.】√【B.】×9. 交-交无换向器电动机调速系统在高速运行时通常采用电源换流的方法进行换流。
（）【A.】√【B.】×二、单项选择题：12个题，每小题3分，合计36分。
1. 如下图所示的旋转运动系统（箭头方向表示转矩的实际方向），系统的运动状态是（ ）。
【A.】减速 【B.】匀速 【C.】静止 【D.】加速2.电气传动系统做直线运动时，其运动方程为（ ）。
【A.】tvmF F z d d =- 【B.】d d L T T Jt Ω-=【C.】2d 375d L GD nT T t -=【D.】d d L nT T Jt -=3.直流电机中用于产生感应电势和通过电流的电路部分是（ ）。
【A.】励磁绕组 【B.】主磁极 【C.】换向极 【D.】电枢绕组4.三相异步电动机的T 型等效电路如图所示，m 1表示电机的相数，则转子绕组的铜耗可表示为（ ）。
同步电机调速
自控式同步电机启动和调速原理：
FS-定子电流磁场的合成旋转磁动势 Fr-转子磁动势
设在同步电动机起动（转子静止）时，FS与Fr之间的空间电夹角为θ 0 t 转子磁动势d轴 ( A) 之间的夹角为 0 ，运转后，
起动转矩与定、转子磁动势大小及其夹角的关系为：
Te Cm FS Fr sin
缺点：如果一台电动机出现失步，将影响整个群控系统的正常工 作。
自控式变频调速:
评价
优点：增加了闭环自动控制功能，在同步电动机中安装了转子位置
检测器BQ，根据转子的实际位置来控制变频器的供电频率，保证定子旋转 磁场的转速与转子磁极的转速始终处于同步状态。避免了它控式同步电动机 变频调速系统运行中会失步的缺点。
三相半控桥式电子开关电路：
三相全控桥式电子开关电路：
无换向器电机=同步电机+逆变器+转子位置检测器
②无换向器电机调速系统
无换向器电机调速系统结构框图
2.正弦波永磁同步电动机调速系统
①正弦波永磁同步电动机调速原理
正弦波永磁同步电 动机常采用转子位置 定向的矢量控制 右图为永磁同步电动 机的矢量图。
电动机实现匀加速起动。
三.永磁同步电动机
小功率同步电动机常直接采用永久磁铁作为转子磁极，被称为永磁同 步电动机。永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Moter）具有多种结构。下图为一种简单的永磁电动机截面图。
1.无换向器电机调速系统
①无换向器电机工作原理
三相绕组无刷直流电动机运行原理如图所示，图中A-A，、B-B，、C-C， 分别为三相定子绕组的首末端；中心的N-S为转子永久磁极；2/3扇形片为 遮光板，装于转子上，随该N-S极一起转动；VP1、VP2、VP3为三个光电器 件，均由光源和感光器组成，不随转子和遮光板转动。
三相同步电动机原理
三相同步电动机原理
一、旋转磁场的产生
二、转子磁场的同步
三相同步电机的转子是由永磁体或电磁绕组组成的。
当转子在三相旋转磁场的作用下转动时，转子磁场会受到旋转磁场的作用而同步运动，形成转子磁场与旋转磁场之间的相对运动。
这种相对运动使得转子受到一个大小和方向与旋转磁场相对应的力矩作用，从而实现了同步转动。
三、同步转动的稳定
为了使三相同步电机能够稳定地同步转动，必须满足电动机的电磁回路和机械特性之间的匹配条件。
其中包括电磁回路的阻抗与电源电压的匹配、电磁回路的漏电感与电源频率的匹配、转子磁场的强度与旋转磁场的强度的匹配等。
只有满足这些匹配条件，电机才能实现稳定的同步转动。
四、调速控制
五、应用领域
总结起来，三相同步电机通过旋转磁场与转子磁场之间的相对运动实现同步转动。
它具有转速稳定、运行平稳和可靠性高的特点，广泛应用于工业自动化系统中。
掌握三相同步电机的原理对于了解和应用这种电机具有重要意义。
三相电机七种调速方式
三相电机七种调速方式一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70－90的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
同步电机变频调速 我
u A Rs u 0 B uC 0
Pm 2E p I p
电磁转矩
0 Rs 0
0 iA L i 0 0 B Rs iC 0
0 L 0
0 i A eA d 0 iB eB dt L iC eC
（2）重载时有振荡，甚至存在失步危险；
问题的根源： 供电电源频率固定不变。由于改变交流电的频率较 为困难，以前一般工业设备很少采用同步电动机拖 动。 解决办法： 现代电力电子技术的发展，解决了交流电源的变压变 频问题，采用电压-频率协调控制，可解决由固定频 率电源供电而产生的问题。
对于起动问题： 通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上 升，实现软起动。 对于振荡和失步问题：
所以起动费事、重载时振荡或失步等问题也已不再是同步 电动机广泛应用的障碍。
四.同步电动机调速系统的特点
同步：同步电动机的转子转速就是旋转磁场的同步转速， 转差为0； 优点： （1）转速与电压频率严格同步； （2）可以通过控制励磁来调节其功率因数，可使功率因 数提高到1.0，甚至超前；
存在的问题：
（1）起动困难；
自控变频同步电动机调速系统
需要两套可控功率单元，系统结构复杂
自控变频同步电动机调速原理图 UI——逆变器 BQ——转子位置检测器
自控变频同步电动机调速系统
在基频以下调速时，需要电压频率协调 控制。
需要一套直流调压装置，为逆变器提供 可调的直流电源。
调速时改变直流电压，转速将随之变化 ，逆变器的输出频率自动跟踪转速。 在表面上只控制了电压，实际上也自动 地控制了频率，这就是自控变频同步电 动机变压变频调速。 采用PWM逆变器，既完成变频，又实现 调压。
三相永磁同步电动机工作原理
三相永磁同步电动机工作原理三相永磁同步电动机是一种采用永磁体作为励磁源，通过三相交流电源提供电流的电机。
它具有高效率、高功率密度、高转矩和较宽的速度范围等优点，在工业和交通领域得到了广泛应用。
三相永磁同步电动机的工作原理是基于磁场的相互作用。
它由转子和定子两部分组成。
其中，转子上的永磁体产生一个固定的磁场，而定子绕组通过三相电流产生旋转磁场。
当转子磁场与定子旋转磁场同步时，电动机就能产生转矩，并将机械能转换为电能。
在三相永磁同步电动机中，磁场的产生是关键。
通过永磁体提供的磁场，可以使电动机达到更高的效率和输出功率。
与传统的感应电动机相比，永磁体的磁场更加稳定，不需要外部励磁源，因此具有更高的转矩密度和功率密度。
在电动机运行过程中，控制转子磁场与定子旋转磁场的同步是关键。
通常采用位置传感器或传感器无反馈控制系统来实现同步控制。
通过监测转子位置或磁场位置，可以调整定子电流的相位和幅值，从而实现最佳的同步运行。
三相永磁同步电动机的调速性能也非常优秀。
通过改变定子电流的相位和幅值，可以实现电机的调速。
同时，由于永磁体提供的磁场稳定，使得电机在高速运行时也能保持良好的调速性能。
除了以上的工作原理，还有一些其他的特点值得关注。
首先，由于永磁体的存在，电机的起动转矩较大，能够满足各种工况下的要求。
其次，由于永磁体的磁场稳定性，电机的转矩波动较小，运行平稳。
此外，由于永磁体不需要外部励磁源，电机结构简单，维护成本低。
三相永磁同步电动机以永磁体作为励磁源，通过控制转子磁场与定子旋转磁场的同步，实现了高效率、高功率密度和宽速度范围的工作。
它在工业和交通领域具有广泛的应用前景，是一种非常重要的电动机类型。
运动控制系统-第6章 同步电动机变压变频调速系统
2
当负载转矩加大为 TL4时，转子减速使角θ 增加，电磁转矩 Te减4 小，导致θ继续，最 终，同步电动机转速偏离同步转速，这种 现象称为“失步”。
2
在 的范围 内，2 同步电动机不 能稳定运行，将产 生失步现象。
Te
Te3
Te4
0
3 4
2
图6-4 在 的范围内，
2
Te1
TL1
3U s Es
m xd
sin1
0
2
当负载转矩加大为 时，转子减速使角θ增加，
当 衡，
，电磁 转 2矩 2
和TL负2 载转矩
Te 2
又达到平
TL2
Te 2
TL2
3U s Es
m xd
s in 2
同步电动机仍以同步转速稳定运行。
0
2
若负载转矩又恢复
为 TL1，则角 恢 复
3. 梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直 流电动机——以梯形波永磁同步电动机为 核心的自控变频同步电动机，由于输入方 波电流，气隙磁场呈梯形波分布，性能更 接近于直流电动机，但没有电刷，故称无 刷直流电动机。
无刷直流电动机实质 上是一种特定类型的
iA eA eA
同步电动机，气隙磁 场和感应电动势是梯
第6章
同步电动机变压变频 调速系统
同步电动机直接投入电网运行时，存在 失步与起动两大问题，曾一直制约着同 步电动机的应用。同步电动机的转速恒 等于同步转速，所以同步电动机的调速 只能是变频调速。
变频调速的发展与成熟不仅实现了同步 电动机的调速问题，同时也解决了失步 与起动问题，使之不再是限制同步电动 机运行的障碍。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制 成，无需直流励磁。
三相永磁同步电机双闭环调速控制系统的设计——基于TMS320LF2407A和AT89C51
１ 引言
由于 无 电刷 ， 相对 于 绕 线 式 转 子 同步 电机 ， 永 磁 转 子 同步 电机 不仅 克 服 了其 致 命 缺 点 ，还 具 有 体 积 小 、 重量 轻 、惯 性 低 、效
ｓｓｅ ａ ｄ ａ ｔｇ ｓｏ ｕｃ ｙ ａ ｃ ｒｓ ｏ ｓ ， ｉｈ ａ ｃ ｒ ｔ ｃ ｎｒ ｌ ｅ ｌ ｉ ｉ ｌｙ ａ ｄ ｔｅｄ ｔ ｙ ｔｍ ｈ ｓａ ｖ ｎａ ｅ ｑ ｉｋｄ ｎ ｍｉ ｅｐ ｎ ｅ ｈｇ ｃ ｕａｅ ｏ ｔ ，ｒａ— ｍｅｄｓ ａ ｎ ａａ ｆ ｏ ｔ ｐ ｈ
热等 优 点 ， 因此 ，广 泛 应 用 于 武 器 装 备 、工 业 机 器 人 、数 控 机 床 、柔 性 制 造 技 术 、各 种 自动 化 设 备 等 领 域 ，其 转 速 控 制 系 统 性 能 的优 劣 直 接 决 定
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｃ ｒ ｉｇｔ ｔｅ ｅ ａ ｄｏ ｈ ｏａｉｇｓ ｅ ｄｒｇ ｌｔｒ ｆａｔｒｅ ｈ ｓ ｅｍａ ｅ ｔｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｓｒ ｃ： ｃ ｏ ｄｎ ｍ ｎ ｅｒ ｔｔ — ｅ －ｅ ｕａｏ ｅ － ａ ｅ ｒ ｎ ｎ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｏｈ ｄ ｆｔ ｎ ｐ ｏ ｈ ｐ ｐ ｓ ｍｏｏ， ｏ ｔｏ ｓｅ ｔｅｃ ｒｅ ｔ ｎ ｅ ｄｄ ａ－ｌｓ ｄｌｏ — ｅ ｄｒｇ ｌｔｒ ｓ ｅｉｎ ｄｏ ｅｂ ｓｓ ｆ ｔｒ ｃ ｎｒ ｌｙ ｔｍ ｏ ｈ ｕ ｒｎ ｄｓ ｅ ｕ ｌ ｏ ｅ － ｐ－ ｅ －ｅ ｕａｏ ｓ ｅ ｎｔ ａ ｉ ｏ ａ ｓ ｆ ａ ｐ － ｃ ｏ ｓ ｐ ｉｄ ｇ ｈ Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７ ｎ ８ Ｃ １ ｈ ｌｃ ｉｇ ａ ｆ ｈ ｒ ｗ ｒ ｎ ｈ ｒ ｇ ａ ｉｇ ａ ｎ ｅｋｙ ＭＳ ２ Ｌ ２ ０ Ａ ａ ｄＡＴ ９ ５ ．Ｔ ｅ ｂｏ ｋ ｄａ ｒｍ ｏ ａ ｄ ａ ｅａ ｄ ｔｅｐ ｏ ｒ ｍ ｄａ ｒ ｍ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ
三相交流永磁同步电机工作原理
一、概述三相交流永磁同步电机是一种广泛应用于工业和家用领域的电动机，其具有高效率、高可靠性和良好的动态特性等优点。
了解其工作原理对于工程师和技术人员来说十分重要。
本文将介绍三相交流永磁同步电机的工作原理及其相关知识。
二、三相交流永磁同步电机的结构1. 三相交流永磁同步电机由定子和转子两部分组成。
2. 定子上布置有三组对称的绕组，相位角相互相差120度，通过三个外接电源输入相位相同但是相位差120°的交流电，产生一个与该交流电相位速度同步的旋转磁场。
3. 转子上有一组永磁体，产生一个恒定的磁场。
三、三相交流永磁同步电机的工作原理1. 三相交流电源提供了旋转磁场，使得转子上的永磁体受到作用力。
2. 转子上的永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，驱动机械装置工作。
3. 根据洛伦兹力的作用原理，当转子转动时，永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，这就是永磁同步电机产生动力的原理。
四、三相交流永磁同步电机的控制方法1. 空载时，调节供电频率和电压等参数，使得永磁同步电机的转速等于旋转磁场的转速。
2. 负载时，通过改变电源提供的电压和频率，调节永磁同步电机的转速。
五、三相交流永磁同步电机的应用领域1. 工业生产线上的传动设备，如风机、泵、压缩机等。
2. 家用电器，如洗衣机、空调、电动车等。
六、结语通过本文的介绍，我们可以了解到三相交流永磁同步电机的结构、工作原理和控制方法等方面的知识。
掌握这些知识可以帮助工程师和技术人员更好地设计、应用和维护三相交流永磁同步电机，促进其在工业和家用领域的广泛应用。
七、三相交流永磁同步电机的优势1. 高效性能：三相交流永磁同步电机的永磁体产生恒定磁场，与旋转磁场同步工作，因此具有高效率和较低的能耗。
2. 高动态响应：由于永磁同步电机的磁场是固定且稳定的，因此可以实现快速响应和高动态性能，适用于需要频繁启动和变速的场合。
3. 高可靠性：永磁同步电机不需要外部激励，减少了绕组的损耗，使得其具有较高的可靠性和长寿命。
同步电动机交—交变频调速系统中的矢量控制
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２０ ０ ６年 ６月
文 章编 号 ：６ １— ９ ４ ２０ ） ２— ０ ３－ ３ １７ ３ ７ （ ０ ６ ０ ０ ５ ０
同步 电动机交一 交变频调速 系统中的矢量控制
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（ 河北 能源 职业技术学院 ， 河北 唐 山 ０ ３０ ） ６ ０４
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同步电机调速方法
同步电机调速方法同步电机是一种常用的电动机，其调速方法有很多种，其中较为常见的是电压调制调速法、频率调制调速法和直流调速法。
电压调制调速法是通过改变同步电机的电压大小来实现调速的方法。
当需要提高转速时，可以增加电压大小，反之亦然。
此法的优点是调速范围广，但缺点是容易产生电压波动和噪声。
频率调制调速法是通过改变同步电机电源的频率来实现调速的方法。
当需要提高转速时，可以增加频率大小，反之亦然。
此法的优点是调速平稳，但缺点是调速范围较窄。
直流调速法是通过在同步电机的转子上加装直流电枢，通过改变直流电压大小来实现调速的方法。
此法的优点是调速平稳，调速精度高，但缺点是需要加装直流电枢，成本较高。
在实际应用中，根据不同的需求和场合选择不同的调速方法。
例如，电压调制调速法适用于工作负载变化较大的场合，频率调制调速法适用于工作负载变化较小的场合，而直流调速法适用于需要高精度调速的场合。
在使用同步电机调速时，还需要注意以下几点：1. 控制系统的合理设计。
调速系统需要根据具体的场合和需求，设计出合理的控制方案，确保调速效果和稳定性。
2. 调速器的选择。
调速器需要具备良好的性能和稳定性，能够适应不同场合和需求的调速要求。
3. 转子平衡。
同步电机的转子需要进行平衡处理，以保证调速时的稳定性和安全性。
4. 维护保养。
定期对同步电机进行检查和维护保养，及时发现和解决问题，确保调速系统的正常运行。
同步电机调速方法有多种，需要根据具体的场合和需求选择合适的方法。
在使用调速系统时，还需要注意控制系统的合理设计、调速器的选择、转子平衡和维护保养等方面，以保证调速系统的正常运行和安全性。
三相永磁同步电机原理
三相永磁同步电机原理一、引言三相永磁同步电机（PMSM）是一种高效、环保的电机，广泛应用于工业自动化、新能源汽车、风力发电等领域。
其具有高转矩密度、高效率、高可靠性等优点，是现代电机控制技术的重要发展方向之一。
本文将对三相永磁同步电机的原理、结构、数学模型、控制策略等方面进行详细介绍。
二、三相永磁同步电机结构和工作原理三相永磁同步电机主要由定子和转子两部分组成。
定子部分包括三相绕组、铁芯等，转子部分则由永磁体构成。
其工作原理基于磁阻最小原理，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。
当电机运行时，转子永磁体产生的磁场与定子绕组产生相互作用，从而使电机旋转。
三相永磁同步电机的旋转速度与电源频率成正比，其转矩与电流和磁通之间的相位差成正比。
通过控制定子电流的相位和幅值，可以实现对电机的速度和转矩的精确控制。
三、数学模型与动态分析为了更好地分析和控制三相永磁同步电机，需要建立其数学模型。
其数学模型主要包括电压方程、电流方程、磁链方程等。
通过这些方程，可以描述电机的动态行为，为进一步的控制策略提供基础。
四、控制策略与调速系统控制策略是三相永磁同步电机的重要组成部分，直接影响其性能和运行稳定性。
目前常用的控制策略包括矢量控制、直接转矩控制等。
这些控制策略可以根据电机的运行状态和需求，对电机的输入电压、电流等进行调节，从而实现高精度的速度和转矩控制。
调速系统是实现电机速度调节的关键部分，其主要作用是根据控制策略对电机的输入电压、电流等进行调节，以达到所需的转速和转矩。
调速系统的性能直接影响到电机的性能和运行稳定性。
目前常用的调速系统包括电压调节器、电流调节器等。
这些调节器可以根据控制策略的要求，对电机的输入电压、电流等进行调节，从而实现对电机的速度和转矩的精确控制。
五、技术挑战与发展趋势尽管三相永磁同步电机具有许多优点，但在实际应用中也面临着一些技术挑战，例如温度对电机性能的影响、电机弱磁扩速等问题。
为了克服这些挑战，需要进一步研究和改进电机的设计、制造和控制技术。
交流同步电机调速方法
交流同步电机调速方法一、引言同步电机是一种特殊的电机，其转速与电源频率成正比。
然而，在实际应用中，我们经常需要对同步电机的转速进行调节。
本文将介绍几种常见的交流同步电机调速方法。
二、电压调制调速法电压调制调速法是通过改变同步电机的供电电压来实现调速的。
具体而言，可以通过调节变压器的输出电压大小，改变同步电机的磁通量，从而改变电机的转速。
这种方法简单易行，但对电网负荷变化较为敏感，且调速范围较窄。
三、电势环调速法电势环调速法是通过在同步电机的励磁回路中加入一个电势环来实现调速的。
电势环根据转速误差产生控制信号，通过调节励磁电流来改变同步电机的转速。
这种方法具有良好的稳定性和动态性能，但需要较复杂的控制系统。
四、电流环调速法电流环调速法是通过在同步电机的定子回路中加入一个电流环来实现调速的。
电流环测量电机的电流，根据转速误差产生控制信号，通过调节定子电流来改变同步电机的转速。
这种方法对负载变化较为敏感，但调速范围较宽。
五、电压-频率调速法电压-频率调速法是通过同时改变同步电机的供电电压和频率来实现调速的。
具体而言，可以通过调节变压器的输出电压和变频器的输出频率，改变同步电机的磁通量和转速。
这种方法调速范围较宽，但需要较复杂的控制系统。
六、矢量控制调速法矢量控制调速法是通过测量同步电机的转子位置和速度，实时计算电机的磁场矢量，从而控制电机的转速。
这种方法具有较高的精度和响应速度，但需要较复杂的传感器和计算算法。
七、总结以上介绍了几种常见的交流同步电机调速方法，它们各自具有不同的特点和适用范围。
在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的调速方法。
同时，需要注意调速系统的稳定性、可靠性和安全性，确保同步电机能够稳定、精确地工作。
三相永磁同步电动机变频调速系统设计
三相永磁同步电动机变频调速系统设计运动控制系统课程设计题目：三相永磁同步电动机变频调速系统设计专业班级：自动化姓名：学号：指导教师：摘要本论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上详细讨论了其变频调速的理论而且设计了一套基于DSP的永磁同步电动机磁场定向矢量控制系统。
永磁同步电动机相对感应电动机来说具有体积小、效率高以及功率密度大等优点，因此自从上个世纪80年代，随着永磁材料性能价格比的不断提高，以及电力电子器件的进一步发展，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。
由于永磁同步电动机自身具有比感应电动机更为优越的性能，而且其dq变换算法相对简单、电机转子磁极的位置易于检测，因此交流调速的矢量控制理论在永磁同步电动机的控制领域也得到了同样的重视，有关永磁同步电动机矢量控制研究的成果陆续发表。
本文就是应用电压矢量控制SVPWM实现对永磁同步电机的转矩控制，使其拥有直流电机的性能。
关键词：永磁同步电机矢量控制 dq变换 DSP目录1 绪论............................................................................................................. (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 研究现状及应用前景 (1)2 永磁同步电机的矢量控制方法 (3)3 硬件电路设计 (4)3.1 电流检测电路 (4)3.2 转速检测和转子磁极位置检测电路 (5)3.3 PWM发生电路 (6)3.4 IPM智能功率模块驱动电路 (7)3.5 系统保护电路 (8)3.6 人机接口电路 (9)4 软件设计............................................................................................................. . (9)设计心得............................................................................................................. .. (12)参考文献............................................................................................................. .. (13)1 绪论1.1 研究背景与意义众所周知，电动机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。
永磁同步机变频调速系统
2023-11-08•永磁同步机概述•变频调速系统概述•永磁同步机变频调速系统的工作原理•永磁同步机变频调速系统的性能分析•永磁同步机变频调速系统的优化设计目•永磁同步机变频调速系统的实验验证录01永磁同步机概述定义：永磁同步机是一种基于永磁体励磁的同步电机，具有高效、节能、低噪声、高可靠性等特点。
特点高效节能：采用永磁体励磁，减少了励磁电流的消耗，提高了电机的效率。
低噪声：由于没有励磁电流的振动和噪声，所以运行时低噪声。
高可靠性：永磁同步机没有易磨损的机械部件，因此具有较长的使用寿命和较高的可靠性。
调速范围宽：永磁同步机可以通过控制励磁电流来调节电机的转速，从而实现宽范围的调速。
永磁同步机的定义与特点转子上安装有永磁体，形成磁场。
转子结构定子上有三相绕组，通过三相电流产生旋转磁场。
定子结构气隙是转子和定子之间的间隙，通过调整气隙的大小可以调节电机的气隙磁场。
气隙结构永磁同步机广泛应用于各种工业领域，如数控机床、塑料机、压缩机、纺织机等。
工业领域在新能源领域，永磁同步机被广泛应用于风力发电、太阳能发电等系统中，作为发电机或电动机使用。
新能源领域随着电动汽车的普及，永磁同步机在电动汽车的动力系统中得到了广泛应用。
电动汽车领域02变频调速系统概述变频调速系统的定义变频调速系统是指通过改变电源频率的方式，实现对电动机的调速控制。
变频调速系统的原理通过改变电源频率，可以改变电动机的转速，从而实现调速控制。
变频调速系统主要由变频器、电动机、控制器等组成。
变频调速系统的定义与原理根据变换方式的不同，变频调速系统可分为交-直-交变频器和交-交变频器两种。
其中，交-直-交变频器又可分为电压型和电流型两种。
变频调速系统的分类变频调速系统具有调速范围广、精度高、节能效果好、控制灵活等特点。
变频调速系统的特点变频调速系统的分类与特点变频调速系统的应用范围电力、冶金、化工、造纸、建材等行业的风机、水泵、压缩机等设备的调速控制。
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*8.2.5 同步电动机的多变量动态数学模型
�
假定条件 如果解除 8.2.4中所作的第 1、2、4三条假 定，即考虑了同步电动机的凸极效应、阻 尼绕组和定子电阻与漏抗，则同步电动机 的动态电压方程式可写成
�
同步电动机的动态电压方程式
dψ A u A = R siA + dt dψ B u B = R siB + dt dψ C u C = R siC + dt dψ f U f = Rf If + dt dψ D 0 = R D iD + dt dψ Q 0 = R Q iQ + dt
λ = θ + θ f + θs
（8-9）
由的幅值和相位角可以求出三相定子电流
iA = is cos λ iB = is cos(λ − 120°)
（8-10）
iC = is cos(λ + 120°)
�
电磁转矩方程
根据机电能量转换原理，同步电动机的电磁转 矩可以表达为
π 2 Te = npΦ R Fs sin θ s 2
3. 同步电机矢量控制系统
位置传感器
图8-6 同步电动机基于电流模型的矢量控制系统
�
工作原理
采用和直流电动机调速系统相仿的双闭环控制结构。
�
转速控制：ASR的输出是转矩给定信号 Te*， 按照式（ 8-14），Te* 除以磁通模拟信号 ΦR* 即得定子电流转矩分量的给定信号 ist* ，ΦR* 是由磁通给定信号 Φ* 经磁通滞后模型模拟其 滞后效应后得到的。 � 磁通和电流控制
2. 系统模型
�
假定条件
（1）假设是隐极电机，或者说，忽略凸极的磁 阻变化； （2）忽略阻尼绕组的效应； （3）忽略磁化曲线的饱和非线性因素； （4）暂先忽略定子电阻和漏抗的影响。 其他假设条件和研究异步电动机数学模型时相 同，见6.6.2 中内容。
�
二极同步电机物理模型
定子三相绕组轴线 A、B、C 是静止的，转子以同步转速
同步调速系统的特点（续） （3） 同步电动机和异步电动机的定子都有同 样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕 组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组 （或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻 尼绕组。 （4）异步电动机的气隙是均匀的，而同步电 动机则有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙 均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不 等，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应 能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步 电动机称作磁阻式同步电动机。
�
系统组成
可以4象限运行。控制器按需要可以是常规的，也可以采用 矢量控制，后者在下一小节再详细讨论
*8.2.4 按气隙磁场定向的同步电动机矢 量控制系统 1. 概 述 为了获得高动态性能，同步电动机变压变 频调速系统也可以采用矢量控制，其基本原 理和异步电动机矢量控制相似，也是通过坐 标变换，把同步电动机等效成直流电动机， 再模仿直流电动机的控制方法进行控制。但 由于同步电动机的转子结构与异步电动机不 同，其矢量坐标变换也有自己的特色。
（1）Φ* 乘以 KΦ 得合成励磁电流的给定信号 iR*，另外，按功率因数要求还可得定子电流励 磁分量给定信号 ism*。
（2）将 iR* 、ist*、ism* 和来自位置传感器 BQ的 旋转坐标相位角 θ 一起送入矢量运算器，按式 （8-7）以及式（ 8-9）、（8-10）计算出定子 三相电流的给定信号 iA*、iB*、iC* 和励磁电流 给定信号 if*。 （3）通过ACR和AFR实行电流闭环控制，可使 实际电流 iA、iB、iC 以及 If 跟随其给定值变 化，获得良好的动态性能。当负载变化时，还 能尽量保持同步电动机的气隙磁通、定子电动 势及功率因数不变。
ω1旋转， 转子上的励磁绕组 在励磁电压 Uf 供电 下流过励磁电流 If 。 d-q坐标在空间以 同步转速 ω1 旋转， d 轴与 A 轴之间的夹 角 θ 为变量。
图8-4 二极同步电动机的物理模型
�
同步电机的空间矢量 在同步电动机中，除转子直流励磁外， 定子磁动势还产生电枢反应， 直流励磁与 电枢反应合成起来产生气隙磁通 ，合成磁 通在定子中感应的电动势与外加电压基本 平衡。 同步电动机磁动势与磁通的空间矢量图 示于图 8-5a。
定子旋转磁动势幅值
3 2 Ns k Ns （8-12） Fs = is πnp
（8-11）
由式（8-2）及式（8-6）
is sin θ s = ist
（8-13）
将（8-12）及式（8-13）代入式（8-11），整理得
Te = CmΦR ist
3 np N s k Ns （8-14） 式中 Cm = 2
定子电压方程
气隙合成磁通 ΦR 是空间矢量，ΦR 对该相绕组的磁 链 ΨRs 则是时间相量， ΨRs 在绕组中感应的电动势 °。按照假设条件，忽略定子电阻 Es 领先于 ΨRs 90 90° 和漏抗，则 Es 与相电压 Us 近似相等，于是
U s ≈ Es = 4.44 f1Ψ Rs
图8-5 b 电压、电流和磁 链的时间相量图
�
�
�
*8.2.2 由交-直-交电流型负载换流变压变频 器供电的同步电动机调速系统 大型同步电动机转子上一般都具有励磁绕 组，通过滑环由直流励磁电源供电，或者由交 流励磁发电机经过随转子一起旋转的整流器供 电。 对于经常在高速运行的机械设备，定子常用 交-直-交电流型变压变频器供电，其电机侧变 换器（即逆变器）比给异步电动机供电时更简 单，可以省去晶闸管器件的强迫换流电路，而 利用同步电动机定子中的感应电动势实现换相 。 这样的逆变器称作负载换流逆变器（ Loadcommutated Inverter，简称LCI）。
电力拖动自动控制系统
同步电动机变压变频调速系统
内容提要
�
同步电动机变压变频调速的特点及 其基本类型 他控变频同步电动机调速系统 自控变频同步电动机调速系统
� �
8.1 同步电动机变压变频调速的特点 及其基本类型
同步电动机特点 （1）转速与电源频率保持严格同步。只要 电源频率保持恒定，同步电动机的转速就绝 对不变。 （2）功率因数高到 1.0，甚至超前。 存在的问题 （1）起动困难； （ 2）重载时有振荡，甚至存在失步危险。
同步电机的空间矢量
Ff 、Φf —转子励磁磁动势和磁通，沿励磁方向为 d 轴
ω1
Fs —定子三相合成磁动势 FR 、ΦR —合成的气隙磁动势和总磁通 θs — Fs与FR间的夹角 θf — Ff 与 FR 间的夹角
各变量关系
is = i + i
2 fm
2 sm
2 st
（8-2）
ist = −ift
ism = is cos θ s
（8-5）
If = i + i
2 ft
（8-3）
（8-6） （8-7）
iR = ism + ifm
（8-4）
ifm = I f cosθ f
� 矢量变换
将 Fs 除以相应的匝数即为定子三相 电流合成空间矢量 is ，可将它沿M、T 轴分解为励磁分量 ism 和转矩分量ist。 同样，Ff 与相当的励磁电流矢量 If 也 可分解成 ifm 和 ift 。
�系统组成
图 8-2 由交 -直-交电流型负载换流变压变频器供电的同步电动机调速系统
�
系统控制
在图8-2中，系统控制器的程序包括转速调节、 转差控制、负载换流控制和励磁电流控制， FBS 是测速反馈环节。 由于变压变频装置是电流型的，还单独画出了 电流控制器（包括电流调节和电源侧变换器的触 发控制）。
is 和调速系统期望的功率因数值求出。最简单的情况 是希望 cosϕ = 1，也就是说，希望 ism = 0。
这样，由期望功率因数确定的 ism 可作为矢量控制系 统的一个给定值。
� 定子电流方程
以A轴为参考坐标轴，则 d 轴的位置角为 θ = ∫ω1 dt ，可以通过电机轴上的位置传感器 BQ 测得（见 图8-6）。于是，定子电流空间矢量与 A 轴的夹角 λ 便成为
� 电流关系分析
在图8-5b中，电流相量is ，落后于 Us 的相角 ϕ 就是 同步电动机的功率因数角。根据电机学原理， ΦR 与 Fs 空间矢量的空间角差 θs 也就是磁链ΨRs 与电流 is 在时间 °− θs ，而且 ism和 ist 也是 is 上的相角差，因此 ϕ = 90 90° 相量在时间相量图上的分量。 由此可知：定子电流的励磁分量 ism 可以从定子电流
2. 同步调速系统的类型 （1）他控变频调速系统 用独立的变压变频装置给同步电动机供 电的系统。 （2）自控变频调速系统 用电动机本身轴上所带转子位置检测器 或电动机反电动势波形提供的转子位置信 号来控制变压变频装置换相时刻的系统 。
3. 同步调速系统的特点 （1）交流电机旋转磁场的同步转速 ω1与定子 电源频率 f1 有确定的关系 2π f1 ω1 = （8-1） np 异步电动机的稳态转速总是低于同步转速 的，二者之差叫做转差 ωs ；同步电动机的 稳态转速等于同步转速，转差 ωs = 0。 （2）异步电动机的磁场仅靠定子供电产生， 而同步电动机除定子磁动势外，转子侧还 有独立的直流励磁，或者用永久磁钢励磁 。
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*8.2 他控变频同步电动机调速系统
用独立的变压变频装置给同步电动机供电的 系统称作他控变频调速系统。 � 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速 系统 � 由交 -直-交电流型负载换流变压变频器供电 的同步电动机调速系统 � 由交 -交变压变频器供电的大型低速同步电 动机调速系统 � 按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统 � 同步电动机的多变量动态数学模型
同步调速系统的特点（续）
（5）异步电动机必须从电源吸取滞后的无功电流 （励磁的需要），空载时功率因数很低。同步电 动机则可通过调节转子的直流励磁电流改变输入 功率因数，滞后或超前。当 cosϕ = 1.0 时，电枢 铜损最小，还可以节约变压变频装置的容量。 （6）同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源 频率下也能运行，在同样条件下，同步电动机的 调速范围比异步电动机更宽。 （7）异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而 同步电机只须加大功角就能增大转矩，同步电动 机比异步电动机对转矩扰动具有更强的承受能 力，能作出更快的速同 步电动机调速系统