永磁同步电机控制原理 共29页
永磁同步电机工作原理及控制策略
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
Y联结三三通电方式旳控制原理图
PMSM和BLDC电机旳工作原理
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
K e ：电动势系数； Ta ：电动机产生旳电动转矩平
均（N.m）;
KT ：转矩系数； R ：电动机旳内阻（ ）。
PMSM和BLDC电机旳工作原理
BLDC电机旳动态特征方程
U U Ea IR
Ta KT I
Ta
TL
GD2 375
dn dt
Ea Ken
TL ：电动机负载阻转矩； GD2 ：电动机转子飞轮力矩
FOC中需要测量旳量为：定子电流、 转子位置角
PMSM电机旳FOC控制策略
2、FOC特点 以转子磁场定向 系统动态性能好，控制精度高 控制简朴、具有直流电机旳调速性能 运营平稳、转矩脉动很小
PMSM电机旳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，电机旳输出转矩与定子电 流成正比。 其性能类似于直流电机，控制系统简朴，转矩性能好， 能够取得很宽旳调速范围，合用于高性能旳数控机床、 机器人等场合。电机运营功率因数低，电机和逆变器 容量不能充分利用。
永磁同步电机控制原理
永磁同步电机控制原理位置控制是指将电机转子的位置控制在给定的位置上，常用的方法有传统的电流环控制和矢量控制。
传统的电流环控制是通过控制电机的电流来实现位置控制。
首先，测量电机的转子位置，通常使用光电编码器或霍尔传感器。
然后，通过闭环控制系统计算得到合适的电流指令。
最后，将电流指令发送到电机驱动器，控制电机的电流。
该方法的优点是简单且稳定，但低效。
矢量控制是一种较为先进的方法，可以实现更高的转速和更高的效率。
矢量控制通过直接控制电机的转子位置和转矩来实现位置控制。
矢量控制的原理是将电机的转子电流和磁场定向地控制在给定的位置上。
为了实现矢量控制，需要测量电机的转子位置和转速，并通过采样和滤波等技术对其进行处理。
然后，通过矢量控制算法计算得到合适的电流指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电流指令调整电机的相电流，从而控制电机的转子位置和转矩。
除了位置控制，永磁同步电机的控制还包括转速控制和转矩控制。
转速控制是指将电机的转速控制在给定的范围内。
常用的方法有开环控制和闭环控制。
开环控制是指根据电机驱动信号的占空比和频率来控制电机转速。
通过改变驱动信号的占空比和频率可以改变电机的转速。
该方法简单易实现，但不稳定且精度较低。
闭环控制是指在电机的转子位置和速度反馈信号的基础上，通过PID控制器或其他控制算法，计算得到合适的电压指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电压指令调整电机的相电压，从而控制电机的转速。
转矩控制是指将电机的输出转矩控制在给定的范围内。
常用的方法有矢量控制和直接转矩控制。
矢量控制是指在电机的转子位置、速度和转矩反馈信号的基础上，通过矢量控制算法计算得到合适的电流指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电流指令调整电机的相电流，从而控制电机的转矩。
直接转矩控制是指通过测量电机输出转矩并在闭环控制系统中计算得到合适的电流指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电流指令调整电机的相电流，从而控制电机的转矩。
永磁同步电机控制原理
������������������ Φ������ [Φ������ ] = [������������������ Φ������ ������������������ 定子绕组对称分布
������������������ ������������������ ������������������
������������������ ������������ ψ������������ ������������������ ] [������������ ] + [ψ������������ ] ������������������ ������������ ψ������������
������������������ = ������������ + ������������ cos(2������) ������������������ = ������������ + ������������ cos(2(������ − 2������/3)) ������������������ = ������������ + ������������ cos(2(������ + 2������/3)) ������������ 为三相绕组自感平均值 ������������ 为三相绕组自感二次谐波幅值 ������为转子电角度 电角度������ = ������������������ ������为极对数 ������������ 为机械角度 定子绕组互感 ������ ������������������ = ������������������ = −������������ − ������������ cos (2 (������������ + )) 6 ������������������ = ������������������ = −������������ − ������������ cos (2 (������������ + ������������������ = ������������������ = −������������ − ������������ cos (2(������������ + ������ − 2������/3)) 6 ������ + 2������/3)) 6
永磁同步电机的控制原理介绍
一、电机分类二、永磁同步电机的分类三、PMSM的运行原理四、坐标变换五、PMSM的数学模型六、伺服系统软件设计七、SVPWM原理及实现方法一、电机分类：1、按作用分：电动机和发电机。
电动机将电能转化为机械能；发电机将其他形式的能量转化为电能。
2、按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。
其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。
3、按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。
同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。
感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。
交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。
有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。
电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
4、按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。
驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。
二、永磁同步电机的分类：永磁同步电机由于具有以下优点而得到了广泛的应用：1）功率密度大（同等功率，特性体积小）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，绕组损耗小）4）结构紧凑、体积小、重量轻、维护简单。
永磁同步电机分为正弦波电流驱动的永磁同步电机（PMSM）和方波电流驱动永磁同步电机（BLDCM）。
永磁同步电机工作原理 ppt课件
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...
于是
2 0 i i A 3 i i 1 1 B 6 2
PMSM电机的FOC控制策略
轴和矢量 都以 （2）Park（2s/2r）变换 转速 旋转，分量 的长短不变。 轴与 轴 1 的夹角 随时间变化 q ( Fs )is i 两个交流电流 i、和两个 i iq 直流电流id、，产生同样 iq cos 的以同步转速1旋转的合 iq d id 成磁动势 Fs
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
PMSM电机的FOC控制策略
cos 1 控制
控制交、直轴电流分量，保持 PMSM 的功率因数为 1 ， 在 cos 1条件下，电机的电磁转矩随电流的增加呈 现先增加后减小的趋势。 可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出 的最大转矩较小。
《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。
(完整word版)永磁同步电机矢量控制原理
永磁交流同步电机矢量控制理论基础0、失量控制的理论基础是两个坐标系变换，这是每一个学习过交流调速的人应该熟记的两种变换。
介于目前市面上流行的各类书籍的这一部分总有些这里那里的问题（也就是错误）。
为了自己不被误导，干脆自己推导一边，整理如下。
所有的推导针对3相永磁同步电机的矢量控制。
1、永磁交流同步电机的物理模型。
首先看几张搜集的图/照片，图1~7：现分别说明如下：a.图1~3可以看出电机定子的情况。
我和大家都比较熟悉圆圈中间加个“叉”或者“点”的定子，通过这几张图应该比较清楚地认识定子的结构了。
b.图1中留出4个抽头，其中一个应该是中线，但是，在伺服用的永磁同步电机，只连接3根线的。
c.图2是一个模型，红蓝黄三色代表三相绕组，在定子齿槽中上下穿梭，形成回路的。
d.定子绕线连接可以从图7很清楚地看到，从A进入开始，分别经过1（上），7（下），2（上），8（下），14（上），8（下），13（上），7（下），13（上），19（下），14(上)，20（下），2（上），20（下），1（上），19（下）然后到X。
一相绕组经过8个齿槽，占全部齿槽的1/3，每个齿槽过两次，但每次方向是相同的。
最后上上下下的方向如同图6所示。
e.三相绕组通电后，形成如同图6所示的电流分布，每相邻的6根是电流同方向的。
这样，如果把1和24像纸的里面拉，将这一长排围城一个圆，则，1和7之间向里形成N（磁力线出）极的中心，12和13之间形成S（磁力线入）极的中心。
这里，个人认为图6中的N、S分段有些错误，中心偏移了，不知道是不是理解错误，欢迎指正，这图是我找的，不是我画的，版权不属我：）。
f.同极磁场的分布有中心向两侧减弱的，大家都说是正弦分布，我是没分析过，权且认同吧，如图5所示。
g.如图1同步电机的运转就是通过旋转定子磁场，转子永磁磁极与定子的磁极是对应的N、S相吸，可以同步地运行。
h.实际电机定子槽数较多，绕线方式也有不同。
旋转磁场的旋转是通过如图6中的一个磁极6个齿槽一起向右/左侧移位2、永磁同步电机数学模型这才是本文的重点。
交流永磁同步伺服电机及其驱动技术pmsm
形成旋转磁场。
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定义了合成定子电流矢量后，则 定子绕组的总磁势矢量为
Fs Nis N (ia aib a2ic )
N—定子绕组线圈总匝数
要注意合成定子电流仅仅是为了 描述方便引入的虚拟量。
β
b
is ia aib a2ic
a cos120 j sin120 1 j 3 22
a2 cos 240 j sin 240 1 j 3 22
11
33
is ia 2 ib 2 ic j( 2 ib 2 ic )
c
第22页/共83页
is
a
is
ia
1 2
ib
1 2
同步电机 和 感应电机 永磁同步电机 （Permanent Magnet Synchronous Motor 简称PMSM）
第1页/共83页
1、结构 和工作原理
第2页/共83页
主要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成。 定子和一般的三相感应电机类似，采用三相对称
绕组结构，它们的轴线在空间彼此相差120度。 转子上贴有磁性体，一般有两对以上的磁极。 位置传感器一般为光电编码器或旋转变压器 。
SL RL
C1
uapwM ubpwM ucpwM
T1
T3
T5
Z
L1 L2 L3
o
uS
a
b
c /uapwM /ubpwM /ucpwM
ZZ
n
C2
T2
T4
T6
PMSM
第33页/共83页
IGBT （Insulated-gate Bipolar Transistor ） 由MOSFET和GTR复合而成，结合二者的优点。
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的电流矢量，电动机在上述电流矢量的作用之下开始旋转，通过编码 器脉冲信号可得到电机的转动方向，一旦检测到编码器脉冲数有变化， 便立即封锁PWM输出，转子的位置改变很小，而根据电机转向和给 定的电流矢量就可以大致确定电机转子的位置。接着改变电流矢量方 向 ， 使e 给定的电流矢量更接近电机转子的磁极，再检测电机的转 向，通过转向来实现对转子初始位置的定位。
电压空间矢量六边形矢量图
由上图可以算出
SVPWM的软件实现 SVPWM产生的软件流程方框图
第一步：根据 U 和U 确定电压空间矢量的相位 置，即其所在的扇区。
模块输入d_q坐标系中d轴电压分量值Ud和q
轴电压分量Uq，经过反PARK变换，转换为
坐标系中， 轴电压分量U 和 轴电压分量U
0
当给电机定子通如图所示的is电流矢量时 id is cos(e ) iq is sin(e )
电磁转矩方程为： T e1.5pissin(e)
于是通过转子的转动方向可以得出转子的初始位置信息
1.磁定位法原理
q
d
is
N
A
S
a 转子在任意初始位置
三 转子初始化定位
转子初始位置信息是电动机正常起动运行的前提， 也是控制算法正确实施的必要条件。若转子初始 位置检测失误，会严重影响到以后对转子位置的 计算，以致无法正确完成关于电机控制的其他一 系列算法，将造成电机运转的紊乱并使之无法进 入正常的运转状态。通常采取的方法有:
(1)磁定位法即强制启动使转子转到一个已 知位置; (2)静止时通过特定的算法估算转子位置。
Clarke变换与逆变换 Park变换与逆变换
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
二 SVPWM产生原理
SVPWM是通过三相交流逆变桥的6个开关的不同 导通模式产生不同的电压基本矢量，通过矢量合 成，来合成任意矢量（在实际允许范围内），通 过导通时间的不同大小，来确定矢量的大小，这 也就是SVPWM调制的原理。
3.通过电感饱和特性实现定位
永磁同步电机在各个方向上磁路的饱和程度是不一样的，各个方向的 磁导率是不一样的，磁场存在非线性。因此对应于转子的不同方向， 定子铁心的等效电感值还是有些差别。
因此我们给电机施加不同方向的相同幅值的一系列相同时间的电压脉 冲，脉冲结束时的定子电流合成矢量值的大小会不同，与定子电流合 成矢量的方向有关，得到的电流最大的方向就是转子磁极N极的方向。 因为当定子磁动势合成矢量与转子磁极N极一致时，磁路最饱和，磁 导率最小对应的电感值最小，电流上升最快，定子绕组中顺磁方向的 电流要比逆磁方向的绝对值大，当所施加的电压方向和转子N极一致 时，定子绕组中的电流合成矢量值最大，故通过这种方法可以检测转 子的初始位置，检测的次数越多位置越精确。
N O
e
S
A
b 给定子通is电流矢量后
d
N Oisqe 90SA
c dq坐标系旋转后
磁定位法即是给定子通e 90 的电流矢量，从而使a轴、d轴、
轴重合，实现转子的初始化定位。
2.基于磁定位原理的摄动定位
磁定位法可以精确实现转子的初始定位，但可能造成转子较大幅度的 转动，这在有些机械设备上是不容许的。
为基本空间矢量为例说明，如下图所示。
第三步：计算三个比较器的占空比
根据各相位置，分配三个比较器的占空比，如下表所 示。
最后，将taon、tbon、tcon送入DSP的比较寄 存器，由DSP的硬件电路输出六路PWM脉冲给电 机驱动板驱动电机运转。
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
SVGEN_DQ模块。在此模块中，首先
，输入
通过计算参考电压矢量在A_B_C定子坐标系下
的投影Ua、Ub、Uc，然后投影值与0比较，确
定扇区。
第二步：计算两个相邻基本空间电压矢量的导通 时间
确定扇区后，就能够确定相邻两个基本空间电
压矢量 U X 和 U X 60 ， 以0扇区，U 0 和 U 6 0
第一步，可以确定在一个15度范围内
第二步
第三步
永磁同步电机控制系统
黎永华 05.11
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
一 控制方式
它控式
由其它装置带动电机转动
自控式
由自身控制电机转动。永磁同步电机同步就是 指电流频率和转速是同步的，自控式就是控制电 流频率来实现控制转速。通常采取矢量控制
矢量控制原理图
坐标变换图 abc三相定子电流，经过claeke变换为 坐标系，在经过park变换为dq坐标
永磁同步电机转矩方程
T e 1 .5 p [iq (L d L q)idiq]
对于表面式PMSM， L Lq d
于是电磁转矩方程为： 。Te 1.5piq T e 0 ，电机逆时针转动；当T e 0 ，电机顺时针转动； T e 0 ，电机不转，
iq
is
id e
检测转子初始位置（即 ）步骤如下：
3
3 1
d
2 is 1
3.5 d
3
N
4
4
N
e
0
S
2 S
5
7
q
6
q
3 3.5 3.7d54
N
第一步 确定一个45°范围
S
q
第二步 摄动定位过程
100°的定位摄动过程
分别给定子施加了2.5、2.25、2.125、2.1875、2.21875这几个角度 值的电流矢量