永磁同步电动机原理和分析课件

上述结论的解释:
弱磁升速过程中的约束条件: (1)外加电压保持不变, (2)定子绕组电流维持额定值
图10.10 基速以上弱磁控制时的转矩-转速曲线 图10.9 正弦波表面永磁同步电动机的相量图 (弱磁控制时)
2、正弦波内置永磁PMSM
根据相量图10.5,得内置永磁PMSM电磁转矩的另一种表达式，
图10.1 正弦波永磁同步电动机的基本组成框图
10.1.1 正弦波PMSM的基本运行原理
定子三相绕组采用正弦绕组; 由三相逆变器提供定子绕组的三相对称电流产生旋 转磁场,拖动永磁转子同步旋转; 定子绕组的通电频率以及由此产生的旋转磁场转速 取决于转子的实际位置和转速; 转子的实际位置和转速由光电式编码器或旋转变压 器获得;
mpE0U
xt1
sin
mp fU sin
xt
（10-2）
为转子永磁磁场在定子绕组内所匝链的磁链，且 E0 1f 。
对永磁同步电动机， f =常数。
鉴于上述特点，表面永磁PMSM基本运行在恒励磁状态，相应的 电动机运行在恒转矩区域，其弱磁调速范围很小。
2. 正弦波内置永磁PMSM
倍），因此，直轴同步电抗小于交轴同步电抗，即：xd xq 或 Ld Lq 。
B、电压平衡方程式与相量图
U E 0 r a I a jd x I d jq 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
图10.4 内置永磁同步电动机的转子结构示意图
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
永磁同步电动机原理和分析
内容简介：
涉及下列两类永磁同步电动机基本运行原理、电磁过程、数学模型及运行特性 正弦波永磁同步电动机 梯形波永磁同步电动机（永磁无刷直流电动机）
永磁同步电动机的优缺点：
功率密度高 转子的转动惯量小 运行效率高 转轴上无滑环和电刷
转子励磁无法灵活控制 永磁体存在失磁现象 转子磁势受环境温度影响 滞后定子功率因数
过程如下：
输入功率：
P1mU acIosmU acI（ os） mU (IqcosIdsin)
（10-7）
m[E (0raIqxdId)Iq(xqIqraId)Id]
电磁功率：
P em P 1p cu aP 1m a2rIaP 1m (Id2Iq2)ra m [E 0IqIdIq(xdxq)]
sin

1 2
mU 2 1
1 ( xq

1 xd
)sin 2
mpE0U sin
1 mpU2
(
1

1
)sin 2
xd 1
2 1 xq xd
mpf U sin 1 mpU2 ( 1 1 )sin 2
xd
2 1 xq xd
（10-4）
图10.6 内置式永磁同步电机的矩角特性曲线
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：
当 0时,单位电枢电流所产生的电磁转矩也最大。因此， （基速）以下，正弦波表面永磁PMSM多采用 0的控制方式，以 获得恒转矩性质的调速特性。 在额定转速（基速）以上，表面永磁同步电动机可以工作在弱磁 调速范围内,但因 电枢反应以及同步电抗较小,弱磁调速范围较窄.
正弦波PMSM属于自控式、无刷结构同步电动机
10.1.2 正弦波PMSM的结构特点与矩角特性
表面永磁同步电动机 内置式永磁同步电动机 1. 正弦波表面永磁PMSM
图10.2 表面永磁同步电动机的结构
A、表面永磁同步电动机的特点：
永磁体粘接到转子铁心表面，转子转速低； 有效气隙较大，则同步电抗小，电枢反应小；
产生)
10.1.4 正弦波PMSM的控制
1、正弦波表面永磁同步电动机
根据相量图10.3,可得:
输入功率: P 1 m a c U o m a I s ( E 0 c I o r a I a s )
（10-5）
电磁功率:
电磁转矩:
结论:
PemP1pcuaP1maI2ra m0EIaco s
矩角特性的特点：
• 对应于凸极效应的同步转矩：Tem1 2m1p2U (x1qx1d)si2 n0 ；
• 最大功率角 m 较转子直流励磁凸极同步电动机大。
10.1.3 正弦波PMSM的起动
图10.7 永磁同步电动机起动过程中的电磁转矩与转速曲线
起动过程中的各种电磁转矩:
异步起动转矩 Tem 单轴转矩 Tem 发电制动转矩T em (由转子永磁体与其在定子绕组中的感应电流相互作用
气隙均匀，呈现隐极式同步电机的特点，即：Ld Lq Ls 。
B r a I ajtx I a
（10-1）
图10.3 正弦波表面永磁同步电动机的时空相量图
C、矩角特性：
式中 ，1 p1 ； f
Tem

mE0U xt 1
sin

T em P e1m m10 pIac Eo 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.
分类：
按永磁体结构分类
表面永磁同步电动机 内置式永磁同步电动机
按定子绕组感应电势波形分类
正弦波永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)
梯形波永磁同步电动机(Brushless DC Motor, BLDC)
10.1 正弦波永磁同步电动机