永磁同步电机(1)
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。
简述永磁同步电机的特点
简述永磁同步电机的特点
永磁同步电机是一种常用的交流电动机，它具有以下特点：
1、高效率：永磁电机的效率高于其它的电机，它比普通异步电动机效率高出25%～30%；
2、节能：永磁电机的功耗低，用同容量的永磁电机可以替代普通电动机，可以显著节省能耗；
3、无毒无害：永磁电机不排放有害物质，对环境无污染；
4、低噪音：永磁电机的噪音要比普通电动机低，环境要求高的场合更适合使用永磁电机；
5、安全可靠：永磁同步电机的转速随电流调节，加载时减速，安全可靠；
6、小体积：由于永磁电机的体积小，可以安装在空间有限的地方，更加方便使用。
- 1 -。
(1)两相静止坐标下永磁同步电动机的数学模型
(1)两相静止坐标下永磁同步电动机的数学模型永磁同步电动机是一种采用永磁体产生磁场的电机，其具有高效率、高功率密度、高转速响应等优点，在工业和交通领域得到广泛应用。
了解永磁同步电动机的数学模型对于设计和控制该电机具有重要意义。
永磁同步电动机的数学模型可以分为两个坐标系，即静止坐标系和旋转坐标系。
在静止坐标系下，电机的动态方程可以表示为：dψ_s/dt = (V_s - R_s * i_s - L_s * di_s/dt)/Lm其中，ψ_s是永磁体磁链，V_s是电机的定子电压，R_s是定子电阻，i_s是定子电流，L_s是定子电感，Lm是磁链互感。
这个方程描述了静止坐标系下永磁同步电动机的电磁特性。
在旋转坐标系下，电机的动态方程可以表示为：dψ_r/dt = (V_r - R_r * i_r - L_r * di_r/dt)/Lm其中，ψ_r是旋转坐标系下的磁链，V_r是电机的转子电压，R_r 是转子电阻，i_r是转子电流，L_r是转子电感。
这个方程描述了旋转坐标系下永磁同步电动机的电磁特性。
根据上述两个动态方程，可以计算出电机的磁链、电流和电压等相关参数。
同时，可以通过对这些参数的控制，实现对电动机的转矩、速度和位置等性能的控制。
除了上述动态方程，永磁同步电动机的数学模型还包括转子位置估算、磁链定向控制和电流控制等算法。
这些算法可以帮助实现电动机的高效率和高性能运行。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的数学模型，并结合控制策略，来实现永磁同步电动机的精确控制。
这些数学模型和算法为电机的设计、控制和优化提供了重要的理论基础。
总之，了解永磁同步电动机的数学模型对于实现其高效率和高性能运行具有重要意义。
通过深入研究和应用数学模型，可以更好地理解和控制永磁同步电动机的电磁特性，从而提高电机的工作效率和性能。
永磁同步电机的原理及结构
永磁同步电机的原理及结构永磁同步电机是一种利用永磁体产生的磁场与电流产生的磁场进行传动的电机。
其原理是通过将永磁体与定子绕组分布在转子上，通过电流激励在定子产生的旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，从而实现电能转换为机械能。
下面将详细介绍永磁同步电机的原理及结构。
一、原理1.磁场产生原理永磁同步电机的转子上安装有永磁体，通过永磁体产生的磁场与定子绕组产生的磁场进行作用，从而实现电能转换为机械能。
定子绕组通过三相对称供电，产生一个旋转磁场。
而永磁体则产生一个恒定的磁场，其磁极与定子绕组的磁极相对应。
这样，当定子旋转磁场的南极与永磁体磁极相对时，两者之间的磁力相互作用将会产生转矩，从而驱动转子旋转。
2.同步运动原理永磁同步电机的转子与旋转磁场同步运动，即转子的转速与旋转磁场的转速保持同步。
这是由于永磁体的磁极与定子绕组的磁极相对应，当旋转磁场改变磁极方向时，永磁体中的磁通也会随之改变方向。
为了保持稳定的运行，要求转子与旋转磁场之间存在一个同步角度，即定子的旋转磁场需要在转子上形成一个旋转磁场，从而使转矩产生作用。
二、结构1.转子：转子是永磁同步电机的旋转部分，一般由转子心、永磁体、轴承等组成。
转子心一般采用铁芯结构，并安装有永磁体，通过永磁体产生的磁场与定子产生的旋转磁场相互作用，从而实现电能转换为机械能。
2.定子：定子是永磁同步电机的静态部分，一般由定子铁芯和定子绕组组成。
定子绕组通过三相对称供电，产生一个旋转磁场。
定子铁芯一般采用硅钢片制作，用于传导磁场和固定定子绕组。
3.永磁体：永磁体是永磁同步电机的关键部分，一般采用钕铁硼（NdFeB）等高强度磁体材料制成。
永磁体产生的磁场与定子产生的旋转磁场相互作用，从而实现电能转换为机械能。
4.轴承：轴承用于支撑转子的旋转，并减小摩擦损耗。
常见的轴承类型有滚动轴承和滑动轴承等。
5.外壳：外壳用于保护永磁同步电机的内部结构，并提供机械稳定性。
外壳通常由金属或塑料制成，并具有散热和防护功能。
永磁同步电机简介
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（3）弱磁控制 永磁同步电机的转子是永磁铁励磁，随着转速的升高，电动 机电压达到逆变器所能输出的极限，再想升速就只能靠调节 定子电流的大小和相位增加直轴去磁电流来等效弱磁提高转 速。 （4）性能改善 主要从开发新结构电机，力矩补偿减少力矩波动，改善永磁 体的抗消磁能力等方面对电机的性能进行改善。
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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 信号
i*m
控制器 i
* t
i*
VR-1 i*
+
i*A i*B 2/3 * iC
iA 电流控制 iB 变频器 iC
i
3/2 iβ VR
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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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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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等效直流 电机模型
永磁同步电机的优点
一、永磁同步电机的优点1、取消了励磁系统损耗，提高了效率；2、取消了励磁绕组和励磁电源，结构简单，运行可靠；3、稀土永磁电机结构紧凑、体积小、重量轻；4、电机尺寸和形状灵活多样。
5、大大减少对环境的污染。
二、应用(用途)工业配套：工业驱动装置，如纺织机械，减速机配套，水泵配套，风机配套，矿采业设备等以及材料加工系统，自动化设备，机器人等；交通运输：电动汽车，电车，飞机辅助设备，舰船等；航天领域：火箭，飞机，宇宙飞船，航天飞机等；国防领域：坦克，导弹，潜艇，飞机等；工业发电：风力发电，余热发电，水力发电，内燃发电机组用发电机以及大型发电机的副励磁机等。
三、永磁同步电机的发展趋势永磁同步电机是众多高新技术和高新技术产业的基础，它与电力电子技术和微电子控制技术相结合，可以制造出许多新型的、性能优异的机电一体化产品和装备，代表了21世纪电机发展的方向。
永磁同步电机相比交流异步电机优势1、效率高、更加省电： (1)、由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗（铜耗）； (2)、永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机，其在轻载时效率值要高很多，这是永磁同步电机在节能方面，相比异步电机最大的一个优势。
因为通常电机在驱动负载时，很少情况是在满功率运行，这是因为：一方面用户在电机选型时，一般是依据负载的极限工况来确定电机功率，而极限工况出现的机会是很少的，同时，为防止在异常工况时烧损电机，用户也会进一步给电机的功率留裕量；另一方面，设计者在设计电机时，为保证电机的可靠性，通常会在用户要求的功率基础上，进一步留一定的功率裕量，这样导致在实际运行的电机90%以上是工作在额定功率的70%以下，特别是在驱动风机或泵类负载，这样就导致电机通常工作在轻载区。
对异步电机来讲，其在轻载时效率很低，而永磁同步电机在轻载区，仍能保持较高的效率，其效率要高于异步电机20%以上。
(3)、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。
03交流永磁同步伺服电动机(1).ppt
第三节 交流永磁同步伺服电动机
●基本要求： 1）认知永磁同步伺服电动机结构和工作原 理 2）了解永磁同步电动机的控制策略 3）认知永磁同步电动机的特点和主要参数
●重点和难点: 永磁同步伺服电动机结构和工作原理
交流伺服系统
反馈控制
－伺服控制的特征
➢ 实现误差的自动校正
➢ 实现高性能的重要手段
四、永磁同步电动机的特点
和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷 等缺点。 和异步电动机阻损耗减小，且转 子参数可测、控制性能好；成本高、起动困难等 缺点。 和普通同步电动机相比，它结构简单，体积小、重 量轻，效率高。
五、交流永磁同步伺服电动机的 主要参数
表 交流永磁同步伺服电动机的主要技术参数
永磁同步电动机由定子和转子两大部分组成
查看5611交流伺服电机图片库
永磁同步电动机的结构 1-旋转变压器；2-永磁体；3-电枢铁芯；4-电枢三相绕组；
5-电机转轴
二、永磁同步伺服电动机工作原理
插入5631无刷直流电机 的工作原理动画
永磁同步电动机的工作原理
三、永磁同步电动机的控制策略
1.恒压频比控制 2.矢量控制 3.直接转矩控制
速度反馈
减速器
运动
负载
工作台
直线光栅尺
速度环
电机电源
伺服 放大器
丝杠
0 to ±10VDC
位置环
控制器
对位置 速度 力矩进行精确的控制
伺服控制系统的优点（1）
❖ 提高机械的响应、速度和灵活性 ❖ 提高生产过程的柔性,减小系统建立时间 ❖ 提高设备的生产率 ❖ 提高加工制造精度,减少废品
伺服控制系统的优点（2）
❖ 零速时的满额扭矩输出 ❖ 超低速的平稳运行 ❖ 简化原有的机械系统，提高性能
《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。
永磁同步电机基础知识
(一) PMSM 的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统;永磁同步电机的三相绕组分布在定子上,永磁体安装在转子上;在永磁同步电机运行过程中,定子与转子始终处于相对运动状态,永磁体与绕组,绕组与绕组之间相互影响,电磁关系十分复杂,再加上磁路饱和等非线性因素,要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的;为了简化永磁同步电机的数学模型,我们通常做如下假设：1) 忽略电机的磁路饱和,认为磁路是线性的；2) 不考虑涡流和磁滞损耗；3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时,气隙中只产生正弦分布的磁势,忽略气隙中的高次谐波；4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件；5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响;永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成,在两相旋转坐标系下的数学模型如下：l 电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:其中,Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链;若要获得三相静止坐标系下的电压方程,则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换,如下式所示;2d/q 轴磁链方程：其中,ψf 为永磁体产生的磁链,为常数,0f r e ωψ=,而c r pωω=是机械角速度,p 为同步电机的极对数,ωc 为电角速度,e0为空载反电动势,其值为每项绕组反电动倍;3转矩方程：把它带入上式可得:对于上式,前一项是定子电流和永磁体产生的转矩,称为永磁转矩；后一项是转 子突极效应引起的转矩,称为磁阻转矩,若Ld=Lq,则不存在磁阻转矩,此时,转矩方程为：这里,t k 为转矩常数,32t f k p ψ=; 4机械运动方程：其中,m ω是电机转速,L T 是负载转矩,J 是总转动惯量包括电机惯量和负载惯量,B 是摩擦系数;(二) 直线电机原理永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变,相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开,然后将电机展开成直线,由定子演变而来的一侧称为初级,转子演变而来的一侧称为次级;由此得到了直线电机的定子和动子,图1为其转变过程;直线电机不仅在结构上是旋转电机的演变,在工作原理上也与旋转电机类似;在旋转的三相绕组中通入三相正弦交流电后,在旋转电机的气隙中产生旋转气隙磁场,旋转磁场的转速又叫同步转速为：60(/min)s f n r p= 1-1 其中,f —交流电源频率,p —电机的极对数;如果用v 表示气隙磁场的线速度,则有：22(/)60s p v n f mm s ττ== 1-2 其中,τ为极距;当旋转电机展开成直线电机形式以后,如果不考虑铁芯两端开断引起的纵向边端效应,此气隙磁场沿直线运动方向呈正弦分布,当三相交流电随时间变化时,气隙磁场由原来的圆周方向运动变为沿直线方向运动,次级产生的磁场和初级的磁场相互作用从而产生电磁推力;在直线电机当中我们把运动的部分称为动子,对应于旋转电机的转子;这个原理和旋转电机相似,二者的差异是：直线电机的磁场是平移的,而不是旋转的,因此称为行波磁场;这时直线电机的同步速度为v=2f τ,旋转电机改变电流方向后,电机的旋转方向发生改变,同样的方法可以使得直线电机做往复运动;图1永磁直线同步电机的演变过程 图2 直线电机的基本工作原理对永磁同步直线电机,初级由硅钢片沿横向叠压而成,次级也是由硅钢片叠压而成,并且在次级上安装有永磁体;根据初级,次级长度不同,可以分为短初级-长次级结构和长初级-短次级的结构;对于运动部分可以是电机的初级,也可以是电机的次级,要根据实际的情况来确定;基本结构如图3所示,永磁同步直线电机的速度等于电机的同步速度：2s v v f τ== 1-3图3 PMLSM 的基本结构(三) 矢量控制磁场定向控制技术矢量控制技术是磁场定向控制技术是应用于永磁同步伺服电机的电流力矩控制,使得其可以类似于直流电机中的电流力矩控制;矢量控制技术是通过坐标变换实现的;坐标变换需要坐标系,变化整个过程给出三个坐标系：1) 静止坐标系a,b,c ：定子三相绕组的轴线分别在此坐标系的a,b,c 三轴上；2) 静止坐标系α,β：在a,b,c 平面上的静止坐标系,且α轴与a 轴重合,β轴绕α轴逆时针旋转90度；3) 旋转坐标系d,q:以电源角频率旋转的坐标系;矢量控制技术对电流的控制实际上是对合成定子电流矢量s i的控制,但是对合成定子电流矢量s i的控制的控制存在以下三个方面的问题：1)s i是时变量,如何转换为时不变量2)如何保证定子磁势和转子磁势之间始终保持垂直3)s i是虚拟量,力矩T的控制最终还是要落实到三相电流的控制上,如何实现这个转换s i从静止坐标系a,b,c看是以电源角频率旋转的,而从旋转坐标系d,q上看是静止的,也就是从时变量转化为时不变量,交流量转化为直流量;所以,通过Clarke和Park坐标变换即3/2变换,实现了对励磁电流id和转矩电流iq的解耦;在旋转坐标系d,q中,s i已经成为了一个标量;令s i在q轴上即让id=0,使转子的磁极在d轴上;这样,在旋转坐标系d,q中,我们就可以象直流电机一样,通过控制电流来改变电机的转矩;且解决了以上三个问题中的前两个;但是,id、iq不是真实的物理量,电机的力矩控制最终还是由定子绕组电流ia、ib、ic或者定子绕组电压ua、ub、uc实现,这就需要进行Clarke和Park坐标逆变换;且解决了以上三个问题中的第三个;力矩回路控制的实现：1)图中电流传感器测量出定子绕组电流ia,ib作为clarke变换的输入,ic可由三相电流对称关系ia+ib+ic=0求出;2)clarke变换的输出iα,iβ,与由编码器测出的转角Θ作为park变换的输入,其输出id与iq作为电流反馈量与指令电流idref及iqref比较,产生的误差在力矩回路中经PI运算后输出电压值ud,uq;3)再经逆park逆变换将这ud,uq变换成坐标系中的电压u α,uβ;4)SVPWM算法将uα,uβ转换成逆变器中六个功放管的开关控制信号以产生三相定子绕组电流;(四)电流环控制交流伺服系统反馈分为电流反馈、速度反馈和位置反馈三个部分;其中电流环的控制是为了保证定子电流对矢量控制指令的准确快速跟踪;电流环是内环,SVPWM控制算法的实现主要集中在电流环上,电流环性能指标的好坏,特别是动态特性,将全面影响速度、位置环;PI调节器不同于P调节器的特点:1)P调节器的输出量总是正比于其输入量;2)而PI调节器输出量的稳态值与输入无关, 而是由它后面环节的需要决定的;后面需要PI调节器提供多么大的输出值, 它就能提供多少, 直到饱和为止;电流环常采用PI控制器,目的是把P控制器不为0 的静态偏差变为0;电流环控制器的作用有以下几个方面：3)内环；在外环调速的过程中,它的作用是使电流紧跟其给定电流值即外环调节器的输出；4)对电网电压波动起及时抗干扰作用；5)在转速动态过程中起动、升降速中,保证获得电机允许的最大电流-即加速了动态过程；6)过载或者赌转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用;电流环的控制指标主要是以跟随性能为主的;在稳态上,要求无静差；在动态上,不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调,以保证电流电流在动态过程中不超过允许值;双闭环电机调速过程中所希望达到的目标：1)起动过程中: 只有电流负反馈, 没有转速负反馈;2)达到稳态后: 转速负反馈起主导作用; 电流负反馈仅为电流随动子系统;双闭环电机具体工作过程：根据检测模块得到的速度值和电流值实现电机转速控制;当测量的实际转速低于设定转速时,速度调节器的积分作用使速度环输出增加,即电流给定上升,并通过电流环调节使PWM占空比增加,电动机电流增加,从而使电机获得加速转矩,电机转速上升；当测量的实际转速高于设定转速时,转速调节器速度环的输出减小,电流给定下降,并通过电流环调节使PWM占空比减小,电机电流下降,从而使电机因电磁转矩的减小而减速;当转速调节器处于饱和状态时,速度环输出达到限幅值,电流环即以最大限制电流实现电机加速,使电机以最大加速度加速;电流环的主要影响因素有：电流调节器参数、反电动势、电流调节器零点漂移;电流调节器的参数中,比例参数Kp越大,动态响应速度越快,同时超调也大,因此,在调节过程中应该根据动态性能指标来选择Kp；而积分系数Ti越大,电流响应稳态精度就越高;(五)弱磁控制所谓弱磁控制和强磁控制是指通过对电动机或发电机的励磁电流进行的控制;“弱磁”就是励磁电流小于额定励磁电流；“强磁”则是比额定励磁电流大的励磁电流;强磁控制又称为强励控制,主要用在发电机短路保护或欠电压保护方面;当发电机端电压接近于0或下降太多,此时需要通过强行励磁,可使发电机的端电压升高,输出电流增大,触发保护装置动作跳闸,实现保护;弱磁控制则主要是电动机进行弱磁调速用,发电机弱磁控制则主要是指由直流发电机-直流电动机构成的G-M拖动系统,为了得到软的或下坠的机械特性时才使用;(六)电流传感器霍尔传感器是一种磁传感器;用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用;霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器;霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用;霍尔效应：如图1所示,在半导体薄片两端通以控制电流I ,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B 的匀强磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上,将产生电势差为U H 的霍尔电压,它们之间的关系为：dIB k U H 式中d 为薄片的厚度,k 称为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关;电流传感器：由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小;利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器;其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感;霍尔电流传感器工作原理如图6所示,标准圆环铁芯有一个缺口,将霍尔传感器插入缺口中,圆环上绕有线圈,当电流通过线圈时产生磁场,则霍尔传感器有信号输出;。
永磁同步电机
二、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
1、表面式转子磁路结构
N
N
S
S
SN
NS
SN
NS
S N
(a)凸出式（隐极结构）
S N
(b)插入式（凸极结构）
1、表面式转子磁路结构
对采用稀土永磁的电机来说，由于永 磁材料的相对回复磁导率接近1，所以表 面凸出式转于在电磁性能上属于隐极转子 结构；而表面插入式转子的相邻两永磁磁 极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电 磁性能上属于凸极转子结构。
五．永磁同步电动机的参数计算和分析
六．异步起动永磁同步电动机的起动过程
永磁同步电动机的稳态性能
（一）稳态运行和相量图 （二）稳态运行性能分析计算 （三）损耗分析计算
（一）稳态运行和相量图
利用双轴电枢反应分析法（双反 应理论）研究永磁同步电动机。
同步电机的电枢反应：同步电机 电枢磁势基波对磁极主磁场的影响。
2、内置混合式转子磁路结构
2
1
1
N
3
4 S
NS
3
N S
N
N S
4
S
SN
NS
SN S 1 N
S
S
N
N
S N
(a)
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置混合式转子磁路结构
2
3
2
3
N
N
N
4 1
NN NN
4
1
S
S
S
S
SS
S
SN
S
永磁同步电机的原理及结构
. .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：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。
永磁同步电机简介
转矩可以被利用来提高电动机的功率密度，改善 动态性能。
内埋式转子结构，这类结构的永磁体位于转子
内部，每个永磁体都被铁芯所包容。内埋式转子
结构在电磁性能上也属于凸极式转子结构。从图 中可以看出，d轴主磁通穿过两个永磁体，相当于 在d轴磁通路径上存在两个额外的大气隙，而q轴 主磁通仅穿过铁芯和气隙；因空气的相对磁导率 是1，所以q轴同步电感要明显大于d轴同步电感。 通常用凸极率(p=Lq/Ld)来表示永磁同步电动机的凸 极性。在相同条件下，面装式转子结构的凸极性
式（1）、（2）中：
us uA uB
is iA iB
s A B
uC T
iC T
T
C
Rs 0 0
R
0
Rs
0
0 0 Rs
LA MAB MAC
L
M
BA
LB
M BC
MCA MCB LC
sin(t )
（4）电机定子的电势按正弦规律变化，定子 电流在气隙中只产生正弦分布磁势，忽略 磁场场路中的高次谐波磁势。
按照以上条件对永磁同步电机进行理论分 析时，其所得到的结果与实际情况非常接 近，误差在工程允许内。
在同步电机运行过程中，电机微分方程有多种
形式。在A、B、C坐标系下，将定子三相绕组中A 相绕组轴线作为空间坐标系的参考轴线as，在确 定好磁链和电流正方向后，可以得到永磁同步电 机在 A、B、C坐标系下的定子电压方程：
为了简化对永磁同步电机的分析，建立实 现可行的同步电机数学模型，做如下假设：
(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。
永磁同步电机工作原理
永磁同步电机工作原理
永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机。
其工作原理可以简单描述如下：
1. 永磁体产生磁场：永磁同步电机的转子上装有一组强大的永磁体，通过它产生一个恒定的磁场。
这个磁场有助于产生转子上的转矩。
2. 三相交流电源供电：电机通过三相交流电源供电。
在电机的定子上布置的三组线圈在不同的时间产生电流，并产生交变磁场。
3. 电磁磁场与永磁磁场产生转矩：当定子上的线圈通电时，产生的交变磁场与转子上的永磁磁场相互作用，产生一个力矩使得转子开始转动。
4. 同步运动：由于定子上的线圈的交流电流频率与电源频率相同，因此转子将与交变磁场同步运动，即实现了同步旋转。
需要注意的是，永磁同步电机的同步运转需要外部的控制器来保持定子线圈的电流与转子磁场的同步，以确保电机能够以恒定的速度运行。
同时，由于永磁体的励磁特性，永磁同步电机有较高的效率和较低的能耗。
这使得它在很多应用中成为理想的电机类型，如电动汽车、工业设备等。
永磁同步电机基础知识
(一) PMS Ｍ的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。
永磁同步电机的三相绕组分布在定子上,永磁体安装在转子上。
在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态,永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响,电磁关系十分复杂,再加上磁路饱和等非线性因素,要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。
为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设:1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的;2) 不考虑涡流和磁滞损耗；3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波；4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件;5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。
永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成,在两相旋转坐标系下的数学模型如下:(ｌ）电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示：d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ⎧=+-⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩其中，R ｓ为定子电阻;u ｄ、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压;i ｄ、iq 分别为ｄ、q 轴上对应的两相电流;Ｌd 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωｃ为电角速度;ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。
若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换,如下式所示。
cos sin 22cos()sin()3322cos()sin()33a d b q c u u u u u θθθπθπθπθπ⎛⎫ ⎪-⎛⎫⎪⎛⎫ ⎪⎪=--- ⎪ ⎪⎪⎝⎭ ⎪⎪⎝⎭ ⎪+-+⎝⎭（2)d/ｑ轴磁链方程： d d d f q q qL i L i ψψψ=+⎧⎪⎨=⎪⎩ 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度,ｐ为同步电机的极对数，ωc 为电角速度,e0为空载反电动势，其值为每项绕倍.(３）转矩方程:32e d q q d T p i i ψψ⎡⎤=-⎣⎦ 把它带入上式可得：3()233()22e f q d q d q f q d q d q T p i L L i i p i p L L i i ψψ⎡⎤=+-⎣⎦=+- 对于上式,前一项是定子电流和永磁体产生的转矩,称为永磁转矩；后一项是转 子突极效应引起的转矩,称为磁阻转矩，若Ld=Lq ，则不存在磁阻转矩,此时,转矩方程为：32e f q t q T p i k i ψ== 这里,t k 为转矩常数，32t f k p ψ=. (4)机械运动方程: m e m L d T J B T dtωω=++ 其中,m ω是电机转速，L T 是负载转矩，J 是总转动惯量（包括电机惯量和负载惯量）,B 是摩擦系数.(二) 直线电机原理永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开,然后将电机展开成直线,由定子演变而来的一侧称为初级,转子演变而来的一侧称为次级。
永磁体同步电机
永磁体同步电机是一种电动机，其特点是使用永磁体来产生磁场，而不是传统的励磁绕组。
这种电动机具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高等优点。
永磁同步电机已经在多个行业中得到广泛应用，如冶金、陶瓷、橡胶、石油和纺织等行业的中、低压电动机。
永磁同步电机的运行原理与普通电励磁同步电机相同，但由于使用了永磁体进行励磁，使得电动机结构更为简单，降低了加工和装配费用，同时还省去了容易出现问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性。
此外，由于无需励磁电流，没有励磁损耗，从而提高了电动机的工作效率。
永磁同步电机的主要部件包括转子、定子和端盖等。
其中，转子是电机的主要旋转部分，包括永磁体、转子铁芯和轴承等；而定子是电机的固定部分，通常包括定子绕组和定子铁芯等。
总之，永磁同步电机是一种高效、可靠的电动机，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，永磁同步电机在未来仍将不断发展壮大。