[自然科学]4-永磁同步电动机基础
永磁同步电动机的工作原理
永磁同步电动机的工作原理
永磁同步电动机是一种利用永磁体产生磁场与电流产生的磁场之间的相互作用来实现电动机工作的电机。
其工作原理如下：
1. 永磁体磁通产生：在永磁同步电动机内，通过一组永磁体（通常为强大的永磁体磁铁）产生持久稳定的磁通，这个磁场是固定的，不需要外部电源。
2. 定子产生旋转磁场：在电动机的定子中通过三相交流电源输入三相电流，产生旋转磁场。
这个旋转磁场的频率和大小由输入电源的电压和频率决定。
3. 磁场相互作用：永磁体产生的稳定磁场与旋转磁场相互作用产生转矩。
旋转磁场的磁场分布会推动永磁体内的磁场旋转，从而使电动机动起来。
4. 运动控制：通过控制电动机输入的电流频率和幅值，可以调整旋转磁场的磁场分布，实现对电动机运动的控制。
通过调整电流频率和幅值，可以改变磁场相互作用的方式，从而实现调速、定位等功能。
总结起来，永磁同步电动机的工作原理是通过永磁体产生的稳定磁场与电流产生的旋转磁场相互作用，从而产生转矩，驱动电动机工作。
控制电流的频率和幅值可以实现对电动机运动的精确控制。
永磁同步发电机基本构造
永磁同步发电机基本构造
1. 永磁体：永磁体是发电机中的主要部件，由多个永磁材料组成，如永磁铁、钕铁硼等。
永磁体的磁场是稳定的，不需要外部励磁电源。
通过在永磁体上制造磁场，可以产生旋转磁场。
2. 定子：定子是永磁同步发电机中的另一个重要部件。
定子由一组固定的线圈组成，这些线圈被称为绕组。
当永磁体上的旋转磁场通过定子绕组时，会在定子上感应出交变电势。
3. 轴：轴是连接永磁体和定子的部件，通过轴将永磁体的旋转运动传递给定子。
4. 出线端子：发电机通过出线端子将产生的电能输出到外部电路中。
5. 散热装置：由于永磁同步发电机在工作过程中会产生热量，因此需要散热装置来保持温度在适宜范围内，防止发电机过热。
总的来说，永磁同步发电机的基本构造包括永磁体、定子、轴、出线端子和散热装置等部件。
它通过永磁体的旋转磁场和定子的绕组之间的相互作用，将机械能转化为电能。
4-永磁同步电动机(基础)
4.2 内置径向式转子磁路结构
转轴
隔磁磁桥
永磁体
内置结构式转子的永磁体位于转子内部，永磁体外 表面与定子铁心内圆之间(对外转子磁路结构则为永 磁体内表面与转子铁心外圆之间)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 裁能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I&1 超前 E&0 I&1 滞后 U&
相当于感性负载
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I&1 I&q
I&1与 U&同相位
仅有交轴电枢 反应，无直轴 电枢反应
Ed E0
I&1 滞后 E&0
相当于感性负载
直轴电枢反应 为助磁性质
Ed E0
7.2 永磁同步电机电磁转矩和矩角特性
1. 普通双层短距绕组
波形不好；永磁齿 磁导磁阻转矩大； 绕组端部长,不经济
2. 集中绕组 一对极下放置三 相集中绕组，绕 组基波系数低， 电机性能差。
3. 普通分数槽绕组
q 1 的分数槽绕
组可以改善电动势 和磁动势波形，
绕组的端部长。
4. 特殊分数槽绕组
q 1 3 这种
永磁同步电机的基本知识和结构
WORD 文档可编辑技术资料 专业分享第一章永磁同步电机的原理及结构1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下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，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。
在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。
在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。
在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。
但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。
一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。
和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。
由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。
永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。
就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
图1-1面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。
永磁同步电动机的结构原理
永磁同步电动机的结构原理永磁同步电动机是一种高效率、高能量密度的电机，近年来在电动汽车、磁浮列车等领域得到了广泛应用。
本文将介绍永磁同步电动机的结构原理。
1. 永磁同步电动机的基本构成永磁同步电动机由定子和转子两部分组成。
其中，定子部分主要包括定子绕组、铁心和定子机壳。
转子部分主要由永磁体和轴承组成。
定子绕组由若干个线圈组成，排列在静子铁心的槽内，根据线圈截面的不同分为圆形线圈和矩形线圈两种。
绕组通过机架与定子机壳相连，构成定子部分。
定子机壳则作为支撑定子绕组和转子的固定部件。
转子部分由永磁体和轴承组成。
永磁体一般采用稀土磁材料，如钕铁硼（NdFeB）磁体，具有高磁能积和高抗磨损性能。
永磁体采用多极磁极设计，一般分为4极、6极、8极等多种形式。
轴承则承载转子的重量，并保证转子的旋转自由度。
2. 永磁同步电动机的工作原理永磁同步电动机采用电磁感应原理实现能量转换。
电流通过定子绕组形成磁场，与永磁体产生旋转磁场，从而驱动转子旋转。
由于永磁体的磁场是稳定的，因此称为同步电动机。
具体而言，永磁同步电动机是一种交流电动机，它的定子上加上一组三相对称的电压，形成三相交流电磁场。
由于永磁体上的磁轴线和定子电磁场的旋转方向相同，永磁体是在一个恒定磁场下运动的。
当定子电流变化时，定子电磁场的旋转速度会发生变化，从而改变转子的匹配速度，实现电能转换为机械能的目的。
3. 永磁同步电动机的优点和应用永磁同步电动机具有高效率、低噪音、低震动、高能量密度等特点，在电动汽车、磁浮列车、风力发电等领域应用广泛。
与传统的异步电动机相比，永磁同步电动机具有更高的效率和功率密度，可以显著提高系统的整体性能水平。
4. 永磁同步电动机的发展趋势永磁同步电动机是电机领域的一个热门领域，未来随着新材料和新工艺的发展，永磁同步电机将具有更广阔的应用前景。
目前，永磁同步电动机已经成为电动汽车和磁浮列车等领域的标配，随着技术不断进步，其应用范围和性能水平将得到进一步提升。
永磁同步电机简介PPT课件
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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。
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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
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。
永磁同步电动机工作原理
永磁同步电动机工作原理
永磁同步电动机是一种利用永磁体产生磁场与电流产生的磁场相互作用从而进行能量转换的电动机。
它工作的原理如下：
1. 永磁体磁场：永磁同步电动机中的永磁体产生一个恒定的磁场。
这个磁场由永磁体产生的磁力线组成，它们具有固定的方向和大小。
2. 定子磁场：在电动机的定子中通入三相对称的电流，从而在定子绕组中产生一个旋转磁场。
这个磁场的方向和大小随时间而变化，从而形成一个旋转的磁场。
3. 磁场相互作用：当永磁体的磁场与旋转磁场相遇时，由于两者的磁场方向和大小是相互匹配的，永磁体和旋转磁场之间会发生相互作用。
4. 产生力矩：由于磁场相互作用，永磁体和旋转磁场之间产生了力矩。
这个力矩使得永磁体开始旋转，并从电能转化为机械能。
同时，旋转磁场也会受到永磁体的力矩作用，使其保持旋转。
5. 实现同步：当电动机的转子旋转速度与定子旋转磁场的频率相匹配时，永磁体会与旋转磁场保持同步运转。
这种同步运转可以确保电动机的稳定性和高效性。
综上所述，永磁同步电动机的工作原理是通过利用永磁体产生
的磁场与旋转磁场的相互作用来实现能量转换，从而将电能转化为机械能。
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。
永磁同步电机工作原理 ppt课件
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
Vd
0
2
t
van
0
2
3 Vd
1 3
Vd
t
M
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
a)
VF6VF1VF2导通时合成转矩
Tc 2
b) VF1VF2VF3导通是合成转矩
c)三三通电时合成转矩
1 2 3 2
1 2
3 2
C2/3
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，则有
iA iB iC 0
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
Ta Tc
Tc Tbc
Tb
Ta
Tac
Tbc
Tc Tba
Tab Tca
a)
b)
c)
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
VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3...
(完整版)永磁同步电机的原理和结构
WORD文档可编辑第一章永磁同步电机的原理及结构1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下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，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。
在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用起的磁阻转矩和单轴转矩下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。
在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。
在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。
但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。
一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。
和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。
由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。
永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。
就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
图1-1面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。
永磁同步电机的工作原理
永磁同步电机的工作原理
永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机，其工作原理如下：
1. 励磁原理：永磁同步电机通过将电源直流电流注入到永磁体中，产生恒定磁场。
永磁体的磁场与电流成正比，且在恒定电流下保持不变。
2. 定子电磁铁圈：在永磁体的周围，安装一个定子绕组，通常由三相对称的绕组组成。
当三相交流电通过定子绕组时，会在定子上产生旋转磁场。
3. 气隙电磁铁圈：在永磁体和定子之间，设有一个气隙。
当定子绕组激励电流时，在气隙内产生一个与定子旋转磁场同频率的电磁铁圈，它的磁场与定子旋转磁场相互作用，产生旋转扭矩。
4. 转子：永磁同步电机的转子上也含有永磁体，其中的磁极数与定子绕组极数保持一致。
当定子旋转磁场与转子磁极处的磁场相互作用时，转子会受到力矩的作用，产生旋转。
由于转子与定子的旋转频率一致，所以转子可以跟随定子的旋转同步运行。
5. 控制系统：为了使永磁同步电机正确运行，还需要一个控制系统。
控制系统会根据电磁铁圈和转子的反馈信号来调整定子绕组电流和转子位置，以使电机达到所需的转速和扭矩。
总结：永磁同步电机通过定子旋转磁场与转子磁场的相互作用，实现了转子的同步旋转。
由于永磁体的磁场恒定且强大，永磁同步电机拥有高效率、高功率密度和快速响应的特点，广泛应用于工业领域。
永磁同步电动机原理
永磁同步电动机原理
永磁同步电动机是一种使用磁场互作用来产生机械转动的电动机。
它由一个固定的外部磁场和一个旋转的内部磁场组成。
首先，永磁同步电动机的外部磁场由永久磁铁或永磁体产生，这种磁场在空间中保持不变。
而内部磁场则通过将电流通入电动机的转子中来产生。
内部磁场的产生是通过电流产生的磁场与外部磁场相互作用而实现的。
当电流通过转子绕组时，产生的磁场会与外部磁场相互作用。
由于外部磁场是恒定的，转子绕组的磁场会以同步的速度旋转。
这样，转子就会跟随磁场的旋转而实现机械转动。
为了实现持续的机械转动，永磁同步电动机必须通过控制电流的频率和相位来确保内部磁场与外部磁场始终保持同步。
这通常是通过电机驱动系统中的电子控制器实现的。
总的来说，永磁同步电动机利用外部磁场和内部磁场之间的相互作用来产生机械转动。
通过控制电流的频率和相位，可以使内部磁场与外部磁场始终保持同步，从而实现稳定的机械运动。
永磁同步电机简介PPT课件
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）
永磁同步电机原理
永磁同步电机原理
永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，它具有高效率、高功率密度、响应速度快等优点，因此在各种领域得到了广泛的应用。
那么，永磁同步电机的工作原理是什么呢？
首先，我们来了解一下永磁同步电机的结构。
永磁同步电机由定子和转子两部分组成，定子上有三相绕组，而转子上则有永磁体。
在工作时，定子绕组通以三相交流电，产生旋转磁场。
而转子上的永磁体则受到定子旋转磁场的作用，从而产生电磁力，推动转子旋转，最终驱动机械装置工作。
其次，永磁同步电机的工作原理可以通过磁场理论来解释。
当定子绕组通以三相交流电时，会在定子内部产生旋转磁场。
而转子上的永磁体则会受到这个旋转磁场的作用，从而产生电磁力，使得转子跟随旋转磁场的旋转而旋转。
这就实现了电能转换为机械能的过程。
另外，永磁同步电机还具有磁场定位特性。
由于永磁同步电机的永磁体固定在转子上，因此可以实现磁场定位，即在没有传感器的情况下，通过控制定子绕组电流的大小和相位，可以精确地控制转子的位置和速度，从而实现精准的位置控制。
此外，永磁同步电机还具有高效率和响应速度快的特点。
由于永磁同步电机的转子上采用了永磁体，因此在工作时不需要外加励磁电流，从而减少了能量损耗，提高了电机的效率。
同时，永磁同步电机响应速度快，能够快速启动和停止，适用于对速度要求较高的场合。
总之，永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，它通过定子绕组产生旋转磁场，驱动转子旋转，实现了电能转换为机械能的过程。
同时，永磁同步电机具有磁场定位特性、高效率和响应速度快的特点，适用于各种领域的应用。
希望通过本文的介绍，可以更好地理解永磁同步电机的工作原理。
永磁同步电动机的原理与结构详解
永磁同步电动机的原理与结构详解来源 |防爆云平台近些年永磁同步电动机得到较快发展，其特点是功率因数⾼、效率⾼，在许多场合开始逐步取代最常⽤的交流异步电机，其中异步启动永磁同步电动机的性能优越，是⼀种很有前途的节能电机。
永磁同步电动机永磁同步电动机的定⼦永磁同步电动机的定⼦结构与⼯作原理与交流异步电动机⼀样，多为4极形式。
图1是安装在机座内的定⼦铁芯，有24个槽。
图1—定⼦铁芯与机座电机绕组按3相4极布置，采⽤单层链式绕组，通电产⽣4极旋转磁场。
图2是有线圈绕组的定⼦⽰意图。
图2--同步电动机定⼦绕组永磁同步电动机的转⼦永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转⼦结构，转⼦上安装有永磁体磁极，永磁体在转⼦中的布置位置有多种，下⾯介绍⼏种主要形式。
永磁体转⼦铁芯仍需⽤硅钢⽚叠成，因为永磁同步电动机基本都采⽤逆变器电源驱动，即使产⽣正弦波的变频器输出都含有⾼频谐波，若⽤整体钢材会产⽣涡流损耗。
第⼀种形式：图3左图就是⼀个安装有永磁体磁极的转⼦，永磁体磁极安装在转⼦铁芯圆周表⾯上，称为表⾯凸出式永磁转⼦。
磁极的极性与磁通⾛向见图3右图，这是⼀个4极转⼦。
图3--表⾯凸出式永磁转⼦根据磁阻最⼩原理，也就是磁通总是沿磁阻最⼩的路径闭合，利⽤磁引⼒拉动转⼦旋转，于是永磁转⼦就会跟随定⼦产⽣的旋转磁场同步旋转。
第⼆种形式：图4中，左图是另⼀种安装有永磁体磁极的转⼦，永磁体磁极嵌装在转⼦铁芯表⾯，称为表⾯嵌⼊式永磁转⼦。
磁极的极性与磁通⾛向见图4右图，这也是⼀个4极转⼦。
图4--表⾯嵌⼊式永磁转⼦第三种形式：在较⼤的电机⽤得较多是在转⼦内部嵌⼊永磁体，称为内埋式永磁转⼦（或称为内置式永磁转⼦或内嵌式永磁转⼦），永磁体嵌装在转⼦铁芯内部，铁芯内开有安装永磁体的槽，永磁体的布置主要⽅式见图5。
在每⼀种形式中⼜有采⽤多层永磁体进⾏组合的⽅式。
图5--内埋式永磁转⼦的形式下⾯就径向式布置的转⼦为例做介绍。
图6是转⼦铁芯，为防⽌永磁体磁通短路，在转⼦铁芯还开有隔磁空槽，槽内也可填充隔磁材料。
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2）插入式 2－转子铁心 3－转轴
• 1．表面凸出式 结构简单、制造成本较低、转 动惯量小等优点，在矩形波永磁同步电动机和 恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机 中得到了广泛应用。此外，表面凸出式转子结 构中的永磁磁极易于实现最优设计，使之成为 能使电动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极 形状，可显著提高电动机乃至整个传动系统的 性能。 • 2．表面插入式 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。
3. 永磁同步电动机的总体结构
(1) 高效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－转子铁心 8－永磁体 9－起动笼 10—风扇 11—风罩
(2) 永磁直流无刷电动机结构示意图
l－转轴 2－前端差 3－螺钉 4－调整垫片 5－轴承 6－定子组件 7－永磁转子组件 8－位置传感器转子 9－后端差 10—位置传感器定子
率因数角。
I1 超前 E0和 U
相当于容性负载 补偿电网无功 直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I1 超前 E0 I1 与 U 同相位
cos 1
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I1 超前 E0 I1 滞后 U
相当于感性负载 直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I1 I q
5. 永磁同步电动机的定子结构
• 对于高速的永磁同步电动机，极对数少，绕组 形式与普通交流电机的定子一样。但为了比较 方便的放置永磁体，一般多为多极电机。6 极 的居多。 • 定子绕组一般为双层短距绕组。 • 为了改善电动势波形也有采用分数槽绕组。 • 为了消除永磁齿磁导转矩，有时定子铁心斜一 个定子槽。
2
Pn
—电动机的电角速度 —电动机的极对数
m —电动机的相数
8. 矩形波电流控制永磁同步电动机的传动系统
9 永磁同步电动机 id 0 控制系统简图
4.3 内置切向式转子磁路结构
2．切向式结构 这类结构的漏磁系数较大， 并且需采用相应的隔磁措施，电动机的制造工 艺和制造成本较径向式结构有所增加。其优点 在于一个极距下的磁通由相临两个磁极并联提 供，可得到更大的每极磁通。尤其当电动机极 数较多、径向式结构不能提供足够的每极磁通 时，这种结构的优势便显得更为突出。此外， 采用切向式转子结构的永磁同步电动机的磁阻 转矩在电动机总电磁转矩中的比例可达40％， 这对充分利用磁阻转矩，提高电动机功率密度 和扩展电动机的恒功率运行范围都是很有利的.
永磁同步电动机空载气隙磁密波形（计算出）
1—气隙磁密，2—基波，3—3次谐波，4—5次谐波
实测永磁同步电动机空载气隙磁密波形
• 永磁同步电动机的空载气隙磁密波形基本上为一平 顶波，与感应电动机的气隙磁密波形相差较大，而 与直流电机的空载气隙磁密波形相似。
6. 低速永磁同步电动机的定子结构
对于低速永磁同步 电动机，极对数多，则 定子槽数相对较少。每 极每相导体数 q 少。绕 组设计比较讲究。 1. 普通双层短距绕组 波形不好；永磁齿 磁导磁阻转矩大； 绕组端部长,不经济
2. 集中绕组
一对极下放置三 相集中绕组，绕 组基波系数低， 电机性能差。 3. 普通分数槽绕组 q 1 的分数槽绕 组可以改善电动势 和磁动势波形，
绕组的端部长。
4. 特殊分数槽绕组
这种 分数槽绕组可以有效 地改善电动势和磁动 势波形，由于绕组是 三相的每一相的相邻 槽连续缠绕的集中绕 组，绕组的端部长； 且几乎已完全消除了 永磁齿磁导转矩。 图中定子齿/极数为 24/22
I1与 U 同相位
仅有交轴电枢 反应，无直轴 电枢反应
Ed E0
I1 滞后 E0
相当于感性负载 直轴电枢反应 为助磁性质
Ed E0
7.2 永磁同步电机电磁转矩和矩角特性
mPUE mPU 1 1 n 0 n Tem sin ( Байду номын сангаас)sin 2 Xd 2 X d X q
2. 永磁同步电动机分类
永磁同步电动机分类方法比较多： ①按工作主磁场方向
的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式； ②按电枢绕 组位置的不同，可分为 内转子式 ( 常规式 ) 和 外转子式 ；
③ 按转子上有无起动 ( 阻尼 ) 绕组，可分为 无起动绕组的
电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而 起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁 同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又 可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩 起动，常称为异步起动永磁同步电动机 )；④按供电电流 波形的不同，可分为 矩形波永磁同步电动机 和 正弦波永 磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。
第四部分 永磁同步电动机
1. 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。
q 1 3
7. 永磁同步电动机的稳态性能
7.1 稳态运行和相量图
正弦波永磁同步电动机与电励磁凸极同步电 动机有着相似的内部电磁关系，故可采用双 反应理论来研究。需要指出的是，由于永磁 同步电动机转子直轴磁路中永磁体的磁导率 很小(对稀土永磁来说其相对回复磁导率约为 1)，使得电动机直轴电枢反应电感一般小于 交轴电枢反应电感，分析时应注意其异于电 励磁凸极同步电动机的这一特点。
E0
——永磁气隙基波磁场所产生的每相空载反电动势有效值；
• 由电压方程可画出永磁同步电动机于不 同情况下稳定运行时的几种典型相量图， 图中， 为气隙合成基波磁场所产生的 E 电动势，称为气隙合成电动势； 为气 Ed 隙合成基波磁场直轴分量所产生的电动 势，称为直轴内电动势； 为 超前 U
E0的角度，即功率角，也称转矩角； 为电压超前定子相电流 I 的角度，即功 1
电动机稳定运行于同步转速时，根据双反 应理论可写出永磁同步电动机的电压方程。
U E0 I1R1 jI1 X1 jI d X ad jI q X aq E0 I1R1 jId X d jIq X q
X ad , X aq ——直、交轴电枢反应电抗； X d , X q ——直、交轴同步电抗； —— 直、交轴电枢电流； Id , Iq Id I sin , Iq I cos —— I1 与E0 间的夹角（内功率因数角）
•
4.4 内置混合式转子磁路结构
1-转轴
2-隔磁磁桥
3-永磁体
4-鼠笼条
4.4 内置混合式转子磁路结构（续）
• 3. 混合式结构 这类结构集中了径向式和切向 式转子结构的优点，但其结构和制造工艺均较 复杂，制造成本也比较高。图a是由德国西门子 公司发明的混合式转子磁路结构，需采用非磁 性转轴或采用隔磁铜套，主要应用于采用剩磁 密度较低的铁氧体永磁的永磁同步电动机。需 指出的是，这种结构的径向部分永磁体磁化方 向长度约是切向部分永磁体磁化方向长度的一 半。图b、c是由径向式结构衍生来的两种混合 式转子磁路结构。其永磁体的径向部分与切向 部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔 磁。
4.2 内置径向式转子磁路结构
转轴
隔磁磁桥
永磁体
内置结构式转子的永磁体位于转子内部，永磁体外 表面与定子铁心内圆之间 ( 对外转子磁路结构则为永 磁体内表面与转子铁心外圆之间 ) 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 裁能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。 1．径向式结构 优点是漏磁系数小、转轴上不需采取 隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片机械强度高、 安装永磁体后转子不易变形等。永磁体轴向插入永磁 体槽并通过隔磁磁桥限制漏磁通，结构简单，运行可 靠，转子机械强度高，因而近年来应用较为广泛
(3) 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
4.
永磁同步电动机的转子结构
4. 1 表面式转子磁路结构
1） 凸出式 1－永磁体