永磁同步电机-PPT课件
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《相永磁同步电动机》课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
05
相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，相永磁同 步电动机的效率和性能不断提升 ，以满足更高效、更节能的应用 需求。
智能化
随着智能化技术的不断发展，相 永磁同步电动机的控制系统越来 越智能化，能够实现更精准的控 制和调节。
采用有限元分析、多目标优化算法和计算机仿真技术进行设 计。
设计流程
确定设计变量和参数→建立数学模型→进行初步设计→仿真 分析→优化改进→重复迭代直至满足要求。
优化实例与结果分析
优化实例
以某型号的相永磁同步电动机为例， 采用上述方法进行优化设计。
结果分析
经过优化后，电动机的效率提高了 10%，体积和重量分别减小了15%和 20%，成本降低了5%。同时，性能指 标符合行业标准，制造工艺可行，具 有良好的市场前景。
3
智能化和网络化
未来相永磁同步电动机将更加智能化和网络化， 能够实现远程监控、故障诊断等功能，提高运行 效率和可靠性。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
06
相永磁同步电动机的应用案例
工业领域应用案例
01
自动化生产线
永磁同步电动机的高效、稳定性 能使其成为自动化生产线电机的 首选，如传送带、机械臂等。
调速范围广
通过控制系统调节电机的输入电压或电流，实现宽范围的无级调速。
低噪音、低振动
由于转子无绕组，运行时噪音和振动较小。
与其他电机的比较
与异步电动机比较
相永磁同步电动机效率更高，但成本也相对较高。
与直流电动机比较
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
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。
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。
永磁同步电动机说明书PPT课件
“弱磁”扩速。 径向式结构 切向式结构 混合式结构
2、内置径向式转子磁路结构
早期常用
3
4 N
1
S
应用较为广泛
2 1
3
N
4
S
SN
NS
SN
NS
S
S
N
N
(a)ห้องสมุดไป่ตู้
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置径向式转子磁路结构
更大的永磁体空间 外转子结构
3
4
2
3
1
NN
4
S SN
S N
(c)
(d)
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
这类结构集中了径向式和切问式转子结构的优点， 但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同步电动机。图(b)所示结 构近年来用得较多，也采用隔磁磁桥隔磁。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(c)和(d)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。 但制造工艺却依次更复杂，转子冲片的机械强度也有 所下降。
1
3
N
N
4
S
S
2
1 N
S
3
N
4
S
S
S
N
N
S
S
N
N
(a)
(b)
1—转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置切向式转子磁路结构
2、内置径向式转子磁路结构
早期常用
3
4 N
1
S
应用较为广泛
2 1
3
N
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S
SN
NS
SN
NS
S
S
N
N
(a)ห้องสมุดไป่ตู้
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置径向式转子磁路结构
更大的永磁体空间 外转子结构
3
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2
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1
NN
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S SN
S N
(c)
(d)
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
这类结构集中了径向式和切问式转子结构的优点， 但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同步电动机。图(b)所示结 构近年来用得较多，也采用隔磁磁桥隔磁。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(c)和(d)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。 但制造工艺却依次更复杂，转子冲片的机械强度也有 所下降。
1
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N
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1 N
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S
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N
(a)
(b)
1—转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置切向式转子磁路结构
永磁同步电机介绍ppt课件
.
永磁同步电机的优点
一、同步电机的概念
1. 三相永磁同步电机转子由稀土永磁材料做成； 2. 永磁同步电机转子本身能产生固定方向的磁场； 3. 交流电定子旋转磁场“拖着”转子磁场（转子）转
动； 因此工作时转子的转速一定等于同步转速，也因此叫
做同步电机。
.
永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
1、效率高：
▪ 由于磁路系统的小型化，绕组亦趋小，从而减少了电机的铜 损和铁损，效率提高；
▪ 在转子上嵌人稀土永磁材料后，在正常工作时转子与定子磁 场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞 损耗；
▪ 定子电流中无励磁电流分量，功率因数高，定子电流小，定 子侧铜损下降，提高了电机效率。
.
永磁同步电机的优点
.
电机使用的主要问题
三、电机选型
电机节能改造或新定制设备，电机选型应应避免上述问题：
1、选用高能效电机-一级能效或二级能效电机
淘汰三级（含）能效以下电机已逐步强制淘汰。 考虑到企业节能的需求和国家引导方向，应首选一级能效电机。
2、选择合理选择电机的功率
可先进行现场测试，取得测试报告后再选型。
3、合理的控制模式
二、同步电机的优点
2、功率因数高：
▪ 稀土永磁电机转子中无感应电流励磁，定子绕组呈现阻性负载，电 机的功率因数近于1；
▪ 减小了定子电流，进一步提高了电机的效率。 ▪ 同时功率因数的提高，提高了电网的品质因数，减少了输变电线路
的损耗，输变电容量也可降低，节省电网投资。
3、起动力矩大：
▪ 在需要大启动转矩的设备（如某倍捻机）中，可以用较小容量的稀 土永磁电机替代较大容量Y系列电机；
▪ 如用18.5kW 效能。
永磁同步电机的优点
一、同步电机的概念
1. 三相永磁同步电机转子由稀土永磁材料做成； 2. 永磁同步电机转子本身能产生固定方向的磁场； 3. 交流电定子旋转磁场“拖着”转子磁场（转子）转
动； 因此工作时转子的转速一定等于同步转速，也因此叫
做同步电机。
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永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
1、效率高：
▪ 由于磁路系统的小型化，绕组亦趋小，从而减少了电机的铜 损和铁损，效率提高；
▪ 在转子上嵌人稀土永磁材料后，在正常工作时转子与定子磁 场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞 损耗；
▪ 定子电流中无励磁电流分量，功率因数高，定子电流小，定 子侧铜损下降，提高了电机效率。
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永磁同步电机的优点
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电机使用的主要问题
三、电机选型
电机节能改造或新定制设备，电机选型应应避免上述问题：
1、选用高能效电机-一级能效或二级能效电机
淘汰三级（含）能效以下电机已逐步强制淘汰。 考虑到企业节能的需求和国家引导方向，应首选一级能效电机。
2、选择合理选择电机的功率
可先进行现场测试，取得测试报告后再选型。
3、合理的控制模式
二、同步电机的优点
2、功率因数高：
▪ 稀土永磁电机转子中无感应电流励磁，定子绕组呈现阻性负载，电 机的功率因数近于1；
▪ 减小了定子电流，进一步提高了电机的效率。 ▪ 同时功率因数的提高，提高了电网的品质因数，减少了输变电线路
的损耗，输变电容量也可降低，节省电网投资。
3、起动力矩大：
▪ 在需要大启动转矩的设备（如某倍捻机）中，可以用较小容量的稀 土永磁电机替代较大容量Y系列电机；
▪ 如用18.5kW 效能。