大功率永磁同步电动机 共23页
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永磁同步电机工作原理 ppt课件
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。
PMSM和BLDC电机的结构
1 2 3 0 3 2 3 2
C2/ 3
1 2 1 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
i i 3 2 1 2 0 i A iB 2
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
d、q ：转子两相坐标系
PMSM和BLDC电机的工作原理
假设： 1)忽略电动机铁心的饱和；
2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 3)转子无阻尼绕组。 永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学 模型可以表达如下：
d s 定子电压： us Rs is dt j 定子磁链： s Lsis f e
永磁同步电动机原理与分析ppt课件
8
2. 正弦波内置永磁PMSM
图10.4 内置永磁同步电动机的转子结构示意图
ppt课件
9
xd xq
2. 正弦波内置永磁PMSM
A、内置永磁同步电动机的特点：
永磁体被牢牢地镶嵌在转子铁心内部，适用于高速运行场合 ； 有效气隙较小，d 轴和q 轴的同步电抗均较大，电枢反应磁势较
大，从而存在相当大的弱磁空间； 直轴的有效气隙比交轴的大（一般直轴的有效气隙是交轴的几
PMSM的电磁转矩。 完当全相 同 0(见（图亦1即0.8E)E.0故0与自Ia 控同式相正）弦时波,上表式面与永直磁流PM电S机M的有转时矩也特称性为
无刷直流电动机.
ppt课件
14
图10.8 正弦波表面永磁同步电动机的相量图(当 0 时）
根据式（10-6）以及结构特点，得正弦波表面永磁PMSM的控制方案如下：
电刷与机械式换向器的真正作用； 定子侧直流电枢磁势 Fa 和转子侧电枢反应磁
势 Ff 之间的相互关系；
ppt课件
28
直流电动机内部电磁过程的特点总结：
定子侧为静止的主极励磁磁势；
转子侧由外部电刷的直流电源供电，内部绕组电流 以及感应的电势为交流。由换向器和电刷完成上述 逆变过程的转换；
（10-13）
21
忽略定子绕组电阻,并根据内置PMSM的相量图,则有:
将上式以及 E0 1 f
U d E0 xd I d U q xq I q
代入式(10-13)得:
（10-14）
(Ld I d
f
)2
(Lq I q )2
U (
m
a
x
)
2
1
永磁同步电动机原理与分析
U2Ud2Uq2Um2 ax
其中，Ud Usin ，Uq Ucos 。（参考图10.5)
（10-13）
忽略定子绕组电阻,并根据内置PMSM的相量图,则有:
将上式以及
E0 1f
Ud E0 xdId Uq xqIq
代入式(10-13)得:
（10-14）
(LdId f)2(LqIq)2(Um )a2x 1
B、电压平衡方程式与相量图
U E 0 ra I ajd x I djq x I q
（10-3）
图10.5 正弦波内置永磁同步电动机的时空相量图
C、矩角特性
Tem
mE0U xd 1
sin
1 2
mU2 1
(1 xq
1 xd
) s in 2
mpE0U sin 1 mpU2 ( 1 1 )sin2
根据相量图10.3,可得:
输入功率: P 1 m a c U o m I a s ( E 0 I c o r a I a s )
（10-5）
电磁功率:
电磁转矩:
结论:
Pe mP1pc uaP1maI2ra m0EIac o s
T e m P e1m m10 pIaE co sm p fIaco s
（10-6）
对表面永磁同步电动机, f =常数,当保持内功率因数角 固定不变,通过控制定子绕组相电流的幅值便可以调整表面永磁
PMSM的电磁转矩。 完当全相同0(见（图亦1即0.8E)E.0故0与自I a 控同式相正）弦时波,上表式面与永直磁流PM电S机M的有转时矩也特称性为 无刷直流电动机.
图10.8 正弦波表面永磁同步电动机的相量图(当 0 时）
根据式（10-6）以及结构特点，得正弦波表面永磁PMSM的控制方案如下：
常用同步电动机
停转。 （3）加工精度较高。即要求一个脉冲对应的位
移量小、并要求精确、均匀。这就要求步 进电动机步距角小、步距精度高、不丢步 或失步。 （4）输出转矩大，可直接带动负载。
第50页/共80页
指令
微电脑及电源
步进电动机
控制电脉冲
机床工作台 传动齿轮
丝杠
第51页/共80页
二、步进电动机的工作
原理
以三相反应式步进电机为例
6b
B
C
V1b
V6b
→ 控 制 电 子 开 晶体管控制电路
关中
转子位置传感器
晶体管的通断 第26页/共80页 →
１23..→V2e51.m导V导=通3T导通，m，通→B，a→转→过B1Ba20再a0与→转TBe过mf=垂T1m2直00
→Tem=Tm V2
V1
0
V1
IA
IA
Bf
V4 IB
组成：定子有六个磁极，每两 对应的磁
极绕有一相绕组A 。转子有四个
均匀分布 C’
1 B’
的齿，齿宽与2 定子4 磁极极靴宽
度相等。 ’ B
C 3
A’
第52页/共80页
1.三相单三拍运行方
单：每次只式有一相绕组通电。
三拍：三次切换为脉冲的一次循 环。
A相通电：磁力线总是力图走磁 A 阻最小的路 1
C’ B’
U U N，f fN，P2 c Im f (I f )
假设：（1）不计Pcu，PFe，Pm，
（2）（隐极机 X d X q X t
P1
）
Pem
mUI cosm
m
E0U Xt
sin m
c
E0 sin m c及I cosm c
移量小、并要求精确、均匀。这就要求步 进电动机步距角小、步距精度高、不丢步 或失步。 （4）输出转矩大，可直接带动负载。
第50页/共80页
指令
微电脑及电源
步进电动机
控制电脉冲
机床工作台 传动齿轮
丝杠
第51页/共80页
二、步进电动机的工作
原理
以三相反应式步进电机为例
6b
B
C
V1b
V6b
→ 控 制 电 子 开 晶体管控制电路
关中
转子位置传感器
晶体管的通断 第26页/共80页 →
１23..→V2e51.m导V导=通3T导通，m，通→B，a→转→过B1Ba20再a0与→转TBe过mf=垂T1m2直00
→Tem=Tm V2
V1
0
V1
IA
IA
Bf
V4 IB
组成：定子有六个磁极，每两 对应的磁
极绕有一相绕组A 。转子有四个
均匀分布 C’
1 B’
的齿，齿宽与2 定子4 磁极极靴宽
度相等。 ’ B
C 3
A’
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1.三相单三拍运行方
单：每次只式有一相绕组通电。
三拍：三次切换为脉冲的一次循 环。
A相通电：磁力线总是力图走磁 A 阻最小的路 1
C’ B’
U U N，f fN，P2 c Im f (I f )
假设：（1）不计Pcu，PFe，Pm，
（2）（隐极机 X d X q X t
P1
）
Pem
mUI cosm
m
E0U Xt
sin m
c
E0 sin m c及I cosm c
永磁同步电机的模型和方法ppt课件
标系上表示出来。将α 、 β 、o坐标放在定子上， α 轴与A相轴
线重合， β轴超前α 轴90度，在α 、 β 、o坐标系中的电压电流，
可以直接从A 、B、C三相坐标系中的电压电流通过简单的线性
变换可以得到。一个旋转矢量从A 、B、C三相定子坐标系变换
到α 、 β 、o坐标系成为3/2变换，有
• 经过变换后得到α 、 β 、o坐标系的电压方
围。
• 力矩平衡方程式为：
• − =
+
• 从上述分析可以看出在d 、q、0坐标系下的
数学模型简单的多，方便控制
• 根据电机的数学模型，可以将永磁同步电
机简化为如图所示的d，q轴模型。永磁同
步电机的转矩方程表示发电机的电磁转矩
可以通过控制定子电流的d，q轴分量进行
控制。
程为：
• α 、 β 、o坐标系的磁链方程为：
• 其中：Ld、Lq分别是同步电机直轴交轴电感；
为永磁极产生的与定子绕组交链的磁链
在α 、 β 、o坐标系中，经过线性变换使A 、
B、C三相坐标系中的电机数学模型方程得到一定
简化。针对内永磁同步电机，因为转子的直、交
轴的不对称而具有凸极效应，因此在α 、 β 、o
永磁同步发电机控制策略
• 永磁同步发电机常用的矢量控制策略有：
（1）isd=0 控制；
• （2）最大转矩电流比控制：
• （3）单位功率因数控制；
• （4）最小损耗控制等。
• 每种控制策略都有其优缺点，于是针对永
磁同步电机不同控制目标下的矢量控制策
略进行比较分析。
• 2.1 id=0电流控制
• id=0的控制称为磁场定向控制，这种控制
线重合， β轴超前α 轴90度，在α 、 β 、o坐标系中的电压电流，
可以直接从A 、B、C三相坐标系中的电压电流通过简单的线性
变换可以得到。一个旋转矢量从A 、B、C三相定子坐标系变换
到α 、 β 、o坐标系成为3/2变换，有
• 经过变换后得到α 、 β 、o坐标系的电压方
围。
• 力矩平衡方程式为：
• − =
+
• 从上述分析可以看出在d 、q、0坐标系下的
数学模型简单的多，方便控制
• 根据电机的数学模型，可以将永磁同步电
机简化为如图所示的d，q轴模型。永磁同
步电机的转矩方程表示发电机的电磁转矩
可以通过控制定子电流的d，q轴分量进行
控制。
程为：
• α 、 β 、o坐标系的磁链方程为：
• 其中：Ld、Lq分别是同步电机直轴交轴电感；
为永磁极产生的与定子绕组交链的磁链
在α 、 β 、o坐标系中，经过线性变换使A 、
B、C三相坐标系中的电机数学模型方程得到一定
简化。针对内永磁同步电机，因为转子的直、交
轴的不对称而具有凸极效应，因此在α 、 β 、o
永磁同步发电机控制策略
• 永磁同步发电机常用的矢量控制策略有：
（1）isd=0 控制；
• （2）最大转矩电流比控制：
• （3）单位功率因数控制；
• （4）最小损耗控制等。
• 每种控制策略都有其优缺点，于是针对永
磁同步电机不同控制目标下的矢量控制策
略进行比较分析。
• 2.1 id=0电流控制
• id=0的控制称为磁场定向控制，这种控制
270V高压大功率永磁同步电机驱动器设计
270V高压大功率永磁同步电机驱动器设计发表时间：2019-07-08T09:22:57.510Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：刘政华1 常培平2 [导读] 摘要：近年来270V高压直流供电体制在各种装备上开始大量应用，本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的高压大功率永磁同步电机驱动控制方案，详细描述了系统的硬件组成和软件设计结构。
（1．贵州航天林泉电机有限公司贵州贵阳 550081；2．北方导航控制技术股份有限公司北京 100176）摘要：近年来270V高压直流供电体制在各种装备上开始大量应用，本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的高压大功率永磁同步电机驱动控制方案，详细描述了系统的硬件组成和软件设计结构。
试验结果表明，该系统较好的解决了高压供电带来的干扰问题，具有调速性能良好、效率高、抗干扰能力强等特点，满足型号的使用要求。
关键词：270V高压；永磁同步电机驱动器；抗干扰 0 引言随着我国对高压直流电源系统的深入研究，新一代装备已开始采用270V高压直流供电系统，这种新型电源体制不但具有传输功率大、传输效率高、供电可靠性高和电源配电重量轻的特点，而且还将大大减小低压直流供电系统的电器设备的大电流电弧干扰，提高了武器装备的综合能力[1]。
本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的大功率PMSM驱动控制方案，详细叙述了系统的硬件组成和软件设计结构。
并在此基础上，设计了一套大功率PMSM驱动控制系统，该系统具有调速性能良好，效率高等特点，满足型号的使用要求。
1 系统总体设计1.1 永磁同步电机（PMSM）数学模型永磁同步电机由于具备小体积、高效率及功率密度、调速性能良好等优点得到了越来越广泛的应用。
PMSM的数学模型包括电动机的运动方程，物理方程和转矩方程，这些方程是永磁同步电机数学模型的基础。
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。
永磁同步电动机教材PPT课件
1用可控整流调压逆变器调频的交直交变频器2用不可控整流器整流用斩波器调压再用逆变器调频的交直交变频器3用不可控整流器整流用pwm逆变器同时调压调频的交直交变频器4用pwm可控整流器整流用pwm逆变器同时调压调频的交直交变频器当二次电子数最少为一个时可代替初始电子的作用继续不断从阴极发出电子形成不依赖外界因素的初始电子从而产生自持放电
E 4.44 f W k Φ • 对一台电机，其1 结构参数确定，则1有 1 W1 m
E • 说明只要协调地控制 、 ，即可1 达到控制气隙磁通 的目的。但由于电机绝缘和供 Φ 电电源的限制，电机运m行频率在基频以下及基频以上调速时须采取不同的控制方式。
f1
E1 f1 Φm
第26页/共77页
1. 基频以下调速
• 在变频调速系统中，由变频器提供给电机的频率变 化的电压或电流激励均是非正弦的，除基波外，还 包含大量的谐波。分析表明，决定感应电机变频运 行特性的主要还是基波，谐波分量只起着使电机电 压或电流畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引 起转矩脉动的作用。
第24页/共77页
变频调速的基本控制方式
• 若希望一台感应电机获得良好的运行性能、力能指标，必须保持其磁路工作点稳定不变，
• 永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流可以显著提高功率因数(可达 到1、甚至容性)，减少了定子电流和定子电阻损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损 耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损 耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高2—8个百分点。
第2页/共77页
即保持每极磁通量 额定不变。因为若 太强，电机磁路饱和，励磁电流、励磁损耗
及发热增大；若太弱，电机力能指标下降，电机出力不够，铁芯也未充分利用。换句话
E 4.44 f W k Φ • 对一台电机，其1 结构参数确定，则1有 1 W1 m
E • 说明只要协调地控制 、 ，即可1 达到控制气隙磁通 的目的。但由于电机绝缘和供 Φ 电电源的限制，电机运m行频率在基频以下及基频以上调速时须采取不同的控制方式。
f1
E1 f1 Φm
第26页/共77页
1. 基频以下调速
• 在变频调速系统中，由变频器提供给电机的频率变 化的电压或电流激励均是非正弦的，除基波外，还 包含大量的谐波。分析表明，决定感应电机变频运 行特性的主要还是基波，谐波分量只起着使电机电 压或电流畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引 起转矩脉动的作用。
第24页/共77页
变频调速的基本控制方式
• 若希望一台感应电机获得良好的运行性能、力能指标，必须保持其磁路工作点稳定不变，
• 永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流可以显著提高功率因数(可达 到1、甚至容性)，减少了定子电流和定子电阻损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损 耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损 耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高2—8个百分点。
第2页/共77页
即保持每极磁通量 额定不变。因为若 太强，电机磁路饱和，励磁电流、励磁损耗
及发热增大；若太弱，电机力能指标下降，电机出力不够，铁芯也未充分利用。换句话
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感应电机效率曲线示例
几种电动机效率比较
15kW,4极电动机
类型 永磁同步电动机 Y系列感应电动机 美国高效电动机 美国最高效电动机
效率 95%～96% 88% 89.5% 93%
经济运行范围比较
电机类型
永磁同步电动机 感应电动机
经济运行范围
25%额定负载下功率因 数
25-120%额定负载 >0.9
N·m
A
22kW, 6极永磁同步电机
93.5
.989
704.1 423.9
37kW, 6极感应电机
91.6
.885
774.2 427.0
大功率永磁同步电机(PMSM)应用场合
对节能要求高的场合
连续地以恒速运行：风机，泵，压缩机等 负载率低的场合
多台电动机同步运行的场合 精确调速或调速及频繁换向的场合 减速比小于3，直接驱动的场合 典型应用：抽油机、螺杆泵、水泵、风机
同时电机自带的编码器\旋转变压器反馈信号给驱动器，驱 动器根据反馈值与目标值进行比较，调整各项参数.
永磁同步电机电流为正弦波波形，180度导通PWM控制
电 机 剖 面 图
控 制 Ud
简 图
T3
T5
T1
D1
D3
D5
Cd A
B
C
T4
T6
T2
D4
D6
D2
ia
大功率永磁同步(PMSM)驱动系统
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
利用永磁材料产生磁场
钕铁硼(NdFeB)431.4KJ/m3
电流通过绕组产生磁场 利用电磁感应原理,将电能转换为机械能.
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转 子是磁钢，驱动器控制的U/V/W三相电形成旋转磁场，转子 在此磁场的作用下转动，转动速度满足公式60f/p的约束。
武汉直驱机电-先进的设计和分析手段
公司拥有基于多领域分析与仿真的开发手段，对电机及控制 系统进行应力场分析，电磁场分析和温度场分析及仿真。确 保开发出来的电机及驱动系统的最优化，同时最大限度的缩 短设计和开发周期，在最短的周期内提供给客户最好的产品 。
武汉直驱机电技术有限公司产品介绍
公司产品分为低速大扭矩直驱电机、常规永磁同步伺 服电机、异步起动永磁同步电机三大系列。
典型交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
一台注塑机永磁同步伺服电机在运行时的功率曲线
3000rpm永，注塑 循环周期为19.0s，其中冷却时间为3s，托模 进退停顿时间为2秒。通过电度表实际测得 HTF86X1/J2（永磁同步）耗电量为2.12度， HTF80/J1（感应电机）耗电量为2.75度。计 算可得，永磁同步比感应电机每小时省电 0.63度，大约能节省22.9％的电能。 而这台电机的功率大概不到2千瓦，大功率的 节电效果更明显。据统计表明，注塑机里有 些节能达到40-60%
优点： 该电机既充分发挥了永磁同步 电机的优点，又一定程度上克服了永磁同 步电机成本高的缺点。 适用场合： 适用于不需要调速的场合，开环运行。所 有Y系列不带变频器的常规电机适用的地 方，都适合于自启动永磁同步电机。
产品介绍 -------- 低速大扭矩直驱电机
低速大扭矩直驱电机，去掉了传统传动系统中的减速机构，改为直接驱 动客户负载，是永磁同步电机发展的方向之一，该电机一般采用多极设 计，电机转速一般在500RPM以下。 通过直接耦合转矩电机与负载，可以显著提高机器的性能，效率提高， 更加节电，并且无需对减速器进行润滑，因此免除了高昂的维护成本， 机器能够持续运转，可为客户提供优秀的生产能力。 由于结构的简化,使得系统运行的更加平稳,既减少了机械连接造成的振 动,又使得系统由于机械磨损造成的精度损失得到了有效控制。
70-100%额定负载 <0.5
PMSM与交流感应电机的替代及比较
抽油机用永磁同步电动机与感应电动机的替代关系
永磁同步电机的功率/kW
11
15
18.5 22
30
37
45
感应电动机的功率/kW
18.5 22 30 37 45 55 75
永磁电动机与感应电动机的参数比较
效率 %
功率因数 起动转矩 启动电流
ib
ic
ea
eb
ec
o
PMSM基本结构
以下分别为两种转子形式的永磁同步伺服电机剖面结构
切向式转子结构
表贴式转子结构
大功率永磁同步电机（PMSM）特点
功率因数高
不需要无功励磁电流
效率高
平稳运行时没有转子电阻损耗
宽高效工作区
25%～120%额定负载范围内 轻载时节能显著
可直接启动
功率范围从13.5kW到900kW，转速范围从30RPM到 3000RPM，转矩范围从100Nm到60000Nm。
伺服电机由电机定子、转子、结构件 、反馈元件、冷却系统等各部分组成 ，电机均使用钕铁硼强磁材料，采用 正弦波磁路设计。根据使用场合的不 同，反馈元件有采用旋转变压器、编 码器、霍尔等，也有采用无传感器方 式。 异步起动永磁同步电机定子与其他永 磁同步电机类似，但转子一般为嵌入 式，除磁钢外，还设计有鼠笼。
加转子鼠笼
大功率永磁同步（PMSM）驱动系统框图
示意图
稀土永磁电动机
速度和 位置反
馈
风机冷却系统
变频控制柜
典型 交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
交流感应电机+变频器 Vs 永磁同步电机+变频器：
1.由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗 。所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率 因数素，而感应电机的功率因素较低，尤其在负载较小的情况 下。 2.永磁同步电机效率比同容量的感应电机效率高，同时高效区 宽广。 3.永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高 4.感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机 没有此问题。 5.永磁同步电机的控制精度高。
适应场合：适合于 调速场合。当客户 对于性能（效率、 噪声等）或体积、 可靠性要求非常之 高，而减速比小于1 ：3时，直驱电机是 客户的首选。
产品介绍 --------- 异步起动永磁同步电机
异步起动永磁同步电机，转子上有鼠笼设计，能够直接接工 频电网启动，不需要变频器，大大降低了成本，而各项性能 和传统异步电机相比有明显提高。
几种电动机效率比较
15kW,4极电动机
类型 永磁同步电动机 Y系列感应电动机 美国高效电动机 美国最高效电动机
效率 95%～96% 88% 89.5% 93%
经济运行范围比较
电机类型
永磁同步电动机 感应电动机
经济运行范围
25%额定负载下功率因 数
25-120%额定负载 >0.9
N·m
A
22kW, 6极永磁同步电机
93.5
.989
704.1 423.9
37kW, 6极感应电机
91.6
.885
774.2 427.0
大功率永磁同步电机(PMSM)应用场合
对节能要求高的场合
连续地以恒速运行：风机，泵，压缩机等 负载率低的场合
多台电动机同步运行的场合 精确调速或调速及频繁换向的场合 减速比小于3，直接驱动的场合 典型应用：抽油机、螺杆泵、水泵、风机
同时电机自带的编码器\旋转变压器反馈信号给驱动器，驱 动器根据反馈值与目标值进行比较，调整各项参数.
永磁同步电机电流为正弦波波形，180度导通PWM控制
电 机 剖 面 图
控 制 Ud
简 图
T3
T5
T1
D1
D3
D5
Cd A
B
C
T4
T6
T2
D4
D6
D2
ia
大功率永磁同步(PMSM)驱动系统
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
利用永磁材料产生磁场
钕铁硼(NdFeB)431.4KJ/m3
电流通过绕组产生磁场 利用电磁感应原理,将电能转换为机械能.
大功率永磁同步电机(PMSM)基本原理
永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转 子是磁钢，驱动器控制的U/V/W三相电形成旋转磁场，转子 在此磁场的作用下转动，转动速度满足公式60f/p的约束。
武汉直驱机电-先进的设计和分析手段
公司拥有基于多领域分析与仿真的开发手段，对电机及控制 系统进行应力场分析，电磁场分析和温度场分析及仿真。确 保开发出来的电机及驱动系统的最优化，同时最大限度的缩 短设计和开发周期，在最短的周期内提供给客户最好的产品 。
武汉直驱机电技术有限公司产品介绍
公司产品分为低速大扭矩直驱电机、常规永磁同步伺 服电机、异步起动永磁同步电机三大系列。
典型交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
一台注塑机永磁同步伺服电机在运行时的功率曲线
3000rpm永，注塑 循环周期为19.0s，其中冷却时间为3s，托模 进退停顿时间为2秒。通过电度表实际测得 HTF86X1/J2（永磁同步）耗电量为2.12度， HTF80/J1（感应电机）耗电量为2.75度。计 算可得，永磁同步比感应电机每小时省电 0.63度，大约能节省22.9％的电能。 而这台电机的功率大概不到2千瓦，大功率的 节电效果更明显。据统计表明，注塑机里有 些节能达到40-60%
优点： 该电机既充分发挥了永磁同步 电机的优点，又一定程度上克服了永磁同 步电机成本高的缺点。 适用场合： 适用于不需要调速的场合，开环运行。所 有Y系列不带变频器的常规电机适用的地 方，都适合于自启动永磁同步电机。
产品介绍 -------- 低速大扭矩直驱电机
低速大扭矩直驱电机，去掉了传统传动系统中的减速机构，改为直接驱 动客户负载，是永磁同步电机发展的方向之一，该电机一般采用多极设 计，电机转速一般在500RPM以下。 通过直接耦合转矩电机与负载，可以显著提高机器的性能，效率提高， 更加节电，并且无需对减速器进行润滑，因此免除了高昂的维护成本， 机器能够持续运转，可为客户提供优秀的生产能力。 由于结构的简化,使得系统运行的更加平稳,既减少了机械连接造成的振 动,又使得系统由于机械磨损造成的精度损失得到了有效控制。
70-100%额定负载 <0.5
PMSM与交流感应电机的替代及比较
抽油机用永磁同步电动机与感应电动机的替代关系
永磁同步电机的功率/kW
11
15
18.5 22
30
37
45
感应电动机的功率/kW
18.5 22 30 37 45 55 75
永磁电动机与感应电动机的参数比较
效率 %
功率因数 起动转矩 启动电流
ib
ic
ea
eb
ec
o
PMSM基本结构
以下分别为两种转子形式的永磁同步伺服电机剖面结构
切向式转子结构
表贴式转子结构
大功率永磁同步电机（PMSM）特点
功率因数高
不需要无功励磁电流
效率高
平稳运行时没有转子电阻损耗
宽高效工作区
25%～120%额定负载范围内 轻载时节能显著
可直接启动
功率范围从13.5kW到900kW，转速范围从30RPM到 3000RPM，转矩范围从100Nm到60000Nm。
伺服电机由电机定子、转子、结构件 、反馈元件、冷却系统等各部分组成 ，电机均使用钕铁硼强磁材料，采用 正弦波磁路设计。根据使用场合的不 同，反馈元件有采用旋转变压器、编 码器、霍尔等，也有采用无传感器方 式。 异步起动永磁同步电机定子与其他永 磁同步电机类似，但转子一般为嵌入 式，除磁钢外，还设计有鼠笼。
加转子鼠笼
大功率永磁同步（PMSM）驱动系统框图
示意图
稀土永磁电动机
速度和 位置反
馈
风机冷却系统
变频控制柜
典型 交流感应电机变频系统 VS PMSM系统
交流感应电机+变频器 Vs 永磁同步电机+变频器：
1.由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗 。所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率 因数素，而感应电机的功率因素较低，尤其在负载较小的情况 下。 2.永磁同步电机效率比同容量的感应电机效率高，同时高效区 宽广。 3.永磁同步电动机的功率密度远比感应电机高 4.感应电机低速运转时转矩变小，发热厉害。而永磁同步电机 没有此问题。 5.永磁同步电机的控制精度高。
适应场合：适合于 调速场合。当客户 对于性能（效率、 噪声等）或体积、 可靠性要求非常之 高，而减速比小于1 ：3时，直驱电机是 客户的首选。
产品介绍 --------- 异步起动永磁同步电机
异步起动永磁同步电机，转子上有鼠笼设计，能够直接接工 频电网启动，不需要变频器，大大降低了成本，而各项性能 和传统异步电机相比有明显提高。