永磁同步电机工作原理精品PPT课件
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《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
《永磁电机》PPT课件
5. 价格低廉
稀土材料: 退磁曲线即回复线，磁性能稳定！！
§24-2 永磁同步电机 永磁代替电励磁电枢结构不变。
N S
星型
径向
切向
结构特点
➢不消耗励磁 功率损耗小，效率高 ➢省去转子的滑环或电刷（电磁式同步电机） 结构简单
永磁铁的工作特点
➢永磁铁的提供磁通和磁势不是常数 永磁电机参数和运行的性
➢永磁的磁阻很大
第十八章 同步电机概述 复习交流电机一般问题（交流绕组、感应电势、 磁势），了解同步电机原理、结构、励磁方式、 技术指标、航空同步电机特色及发展状况。
*第十九章 三相同步发电机对称运行原理 重点介绍了同步电机电枢反应，推导出时空相量 图，本章另一个重点是同步发电机的电势方程及 相量图，这些是同步电机的基本理论，应当牢固 掌握，同时，对同步发电机的负载特性及电抗测 定方法应了解。
Hs H
1O1e004π0 A/ /m
79.577 8A 0A /m /m 磁滞回线
铁磁性材料的分类
➢软磁材料：矫顽力小于100A/m。用来组
成电机磁路，如定、转于冲片，以及其它导 磁部分。
➢半硬磁材料：矫顽力为100~1000A/m。
可用于制作磁滞电动机转子，故也称磁滞材
料。在工作过程中常处于交变磁化状态。
硅钢 纯铁
银 铜 真空 铝
物质的磁性
r
性质 相对导磁率
铁磁性
5000
铁磁性
7000
铁磁性
200000
反磁性 0.99983
反磁性 0.999983
反磁性
1.0
反磁性 1.00002
第一节 永磁材料的基本性能
一．磁性材料基本概念 二．永磁材料磁性能的主要参数
永磁同步电机矢量PPT课件
bM ba Lbb M bcibfcos2 (/3)
c M ca M cb Lccic cos2 (/3)
工作原理及其控制方法
两相静止坐标系下的数学模型
三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换 矩阵（即Clark变换）
back
矢量控制原理
矢量控制系统的基本思想： 在普通的三相交流电动机上设法模拟直流
电机转矩控制的方法，在转子磁链定向的 坐系上，将电机定子电流矢量分解成产生 主磁场的励磁电流分量和产生转矩的转矩 电流分量且励磁电流的方向定位于永磁磁 链上，并使得两个分量相互垂直，彼此独 立，然后分别进行控制。
矢量控制原理
借助于坐标变换，将各变量从三相静止坐 标系变换到跟随转子同步旋转的两相旋转 坐标系上。然后站在同步旋转坐标系上观 察，电机的各个空间矢量都变成了静止矢 量，在同步旋转坐标系上原来的交流量也 就变成了直流量。通过对这些直流量的控 制就能使交流电机达到直流电机的控制性 能。
对于SPMSM而言，Ld Lq 则式T en (fiq (L d L q)id iq)
back
矢量控制原理
id 0 控制方法的实现
MATLAB的仿真分析
模型
700 Speed Ref
Step
Tm
is_abc (A)
PI
iqref
iabc v a
A
<Rotor speed wm (rad/s)>
4
m
idref
vbB0iab源自r iorefiref v c
C
4 <Rotor angle thetam (rad)>
工作原理及其控制方法
PMSM的空间矢量图
高教社2024新能源汽车电工电子技术教学课件62永磁同步电机的工作原理
旋转磁场
w2
U2
w1
V2
V1
三相绕组
永磁同步电机的工作原理 一、永磁同步电机的旋转磁场的产生
u
uU uv uw
o
120° 120°
(a)
U·w
ωt 120°
120° U·U
120°
U·V
(b)
永磁同步电机的工作原理 一、永磁同步电机的旋转磁场的产生
t 00
i1 0，i2＜0，i3＞0
t 1200
永磁同步电机的工作原理 三、永磁同步电机的运行状态
电动机状态
理想空载状态
发电机运行
永磁同步电机的工作原理 四、永磁同步电机的工作原理流程
对称三组绕组 通入对称三相电流
三相
磁
交流 电能
力
永磁转子在磁场中 受到磁力的作用
转 矩
转子旋转起来
旋转磁场 （磁场能量）
机械负载 旋转起来
永磁同步电机的工作原理
旋转磁场的产生 旋转磁场的转动原理 旋转磁场的运行状态
思考题
假如你是一名刚入职的汽车销售员， 客户让你介绍两款不同的驱动电机，你 能从他们的工作原理介绍给客户认识吗？
i1＞0，i2 0，i3＜0
t 2400
i1＜0，i2＞0，i3 0
随着t的变化，合成的磁场是一直在转的。
t 3600
i1 0，i2＜0，i3＞0
永磁同步电机的工作原理 二、永磁同步电机的转动原理
永磁同步电机是通过电转磁的方 式，让外圈磁场旋转起来，所谓同步， 就是指定子产生的旋转磁场和转子的转 速是基本相同的。
永磁同步电机的工作原理 二、永磁同步电机的转动原理
n0=
60f p
永磁同步电机工作原理及控制策略最新课件
q
(Fs )is
1
两个交流电流 i 、 i 和两个
i iq
iq cos
id
d
直流电流i d 、 i q，产生同样
的以同步转速 1 旋转的合
成磁动势 F s
s
O i
id sin
iq sin
d 、 q 轴和矢量 F S ( is ) 都以
转速 1 旋转，分量 i d 、 i q
的长短不变。 轴与 d 轴
us
Rsis
ds
dt
定子磁链： s Lsisfejr
电磁转矩：
Te
3 2
np
s
is
永磁同步电机工作原理及控制策略 最新课件
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 坐标系中的数学模型可
以表达如下：
定子电流： s sjs
定子磁链： is is jis
电磁转矩： Te32np sissis
永磁同步电机工的作原夹理及角控制策略随时间变化
最新课件
PMSM电机的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，电机的输出转矩与定子电 流成正比。 其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好， 可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、 机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器 容量不能充分利用。
c)三三通电时合成转矩
Tb 2
To
Ta 2
Ta Tb
Tc
2
Tc Tb
a)
b)
Ta
To
To Tc To
To To
To c)
永磁同步电机工作原理及控制策略幻灯片PPT
无刷直流电机
永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电
动 势亦是交流梯形波
定子绕组为Y或 联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反响很小
PMSM和BLDC电机的构造
正弦波永磁同步电机 永磁体外表设计成抛物线，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
ua
1
逆变器非零电压矢量输出时 0
3Ud
的相电压波形、幅值和电压
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下：
定子电压： 定子磁链： 电磁转矩：
u dR sidd d tdr q uqR siqd d tqr d
dLdid f
q Lqiq
T e 3 2 p n fiq (L d L q ) id iq
PMSM和BLDC电机的工作原理
cos sin C2s/2rsin cos
PMSM电机的FOC控制策略
〔3〕电压空间矢量
+
SA
SB
SC
Ud
SA
SB
SC
-
PWM逆变器模型
由三组六个开关
〔 SA ,SA ,SB ,SB ,SC ,SC〕组成。 由于 S A 与 S A 、S B 与 S B 、S C 与 S C 之间互为反向，即一个接通，
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
永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电
动 势亦是交流梯形波
定子绕组为Y或 联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反响很小
PMSM和BLDC电机的构造
正弦波永磁同步电机 永磁体外表设计成抛物线，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
ua
1
逆变器非零电压矢量输出时 0
3Ud
的相电压波形、幅值和电压
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下：
定子电压： 定子磁链： 电磁转矩：
u dR sidd d tdr q uqR siqd d tqr d
dLdid f
q Lqiq
T e 3 2 p n fiq (L d L q ) id iq
PMSM和BLDC电机的工作原理
cos sin C2s/2rsin cos
PMSM电机的FOC控制策略
〔3〕电压空间矢量
+
SA
SB
SC
Ud
SA
SB
SC
-
PWM逆变器模型
由三组六个开关
〔 SA ,SA ,SB ,SB ,SC ,SC〕组成。 由于 S A 与 S A 、S B 与 S B 、S C 与 S C 之间互为反向，即一个接通，
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
永磁同步电机原理及其应用分解24页PPT
最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
永磁同步电机原理及其应用分解
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
永磁同步电机原理及其应用分解
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
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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：
定子电压：
us
Rsis
d s
dt
定子磁链： s
Lsis
e jr
f
电磁转矩：
Te
3 2
n
p
s
is
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
s s j定s子 电流：
is is jis定子磁链：
内容提要
PMSM和BLDC电机的特点 PMSM和BLDC电机的应用范围 PMSM和BLDC电机的结构 PMSM和BLDC电机的工作原理 PMSM和BLDC电机的控制策略 PMSM电机的FOC控制策略
PMSM和BLDC电机的特点
优点
（1）功率密度大； （2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转
能性。
PMSM和BLDC电机的应用范围
软、硬磁盘驱动器、录像机磁鼓（视频磁 头）和磁带伺服系统
体积小、容量小、控制精度高
机床、机器人等数控系统
快速性好、定位（速度和位置）精度高、 起动转矩大、过载能力强
PMSM和BLDC电机的应用范围
交通运输
电动自行车、电动汽车、混合动力车、 城轨车辆、机车牵引
Lq )id iq
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 VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1...
U1
PMSM和BLDC电机的结构
（2）内埋式（IPMSM）
交直轴电感:Lq>Ld 气隙较小，有较好的 弱磁能力
PMSM和BLDC电机的结构
无刷直流电机
永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电动 势亦是交流梯形波
定子绕组为Y或 联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反应很小
行线性变换，实现电C 机数学模型的解耦 。
us ：定子电压
is ：定子电流
s ：定子磁链矢量
f ：转子磁链矢量
A、B、C ：定子三相静止坐标系
、 ：定子两相静止坐标系
r
：转子角位置 ：电机转矩角
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；
Ta Tc
Tc Tbc
Tb
Ta
Tac
Tbc
Tc Tba
Tab Tca
a)
b)
c)
Y联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图
PMSM和BLDC电机的工作原理
（2）三三通电方式
每一瞬间有三个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每个功率开关导通180度电角度。导通顺序为
VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3...
Tb 2
To
Ta 2
Ta Tb
Tc
2
Tc Tb
a)
b)
Ta
To
To Tc To
To To
To c)
三三通电时的合成转矩矢量图
PMSM和BLDC电机的工作原理
（3）BLDC电机运行性能和传递函数
BLDC电机稳定运行机械特性方程
(U U ) R n K e Ke KT Ta
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
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 H1
t
0
按相位差120度安装， H20
t
产生波形如图所示。
H3 0
2
3
4
t
Tac
a)VF1、VF2 导通时合成转矩
b)VF2、VF3 导通是合成转矩 Tc c)两两通电时合成转矩 Tb
家用电器 冰箱、空调等（单位体积功率密度高、 体积小）
PMSM和BLDC电机的结构
模拟结构图
A⊕
Hale Waihona Puke Z⊙B⊕b gr
⊙Y
r g
b
⊕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。
Te
3 2
n
p
sis 电磁s转is矩：
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下：
定子电压： 定子磁链： 电磁转矩：
ud
Rsid
d d
dt
r q
uq
Rsiq
d q
dt
r d
d Ld id f
q Lqiq
Te
3 2
pn
f iq
(Ld
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BLuBsDqCisq电机的s 工作原理
PMSM的数学is 模型
d
为了简化和求解数学模型方程， 运r用坐标变f 换理论,通 过对同步电动机定子三isd相静止0 坐标轴系的A 基本方程进
PMSM和BLDC电机的结构
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
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
Vd
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
子磁场提供）； （3）效率高（不需要励磁，绕组损耗小）； （4）结构紧凑、体积小、重量轻，维护简
单； （5）内埋式交直轴电抗不同，产生结构转
矩，弱磁性能好，表面贴装式弱磁性 能较差。
PMSM和BLDC电机的特点
缺点
（1）价格较高； （2）弱磁能力低； （3）起动困难，高速制动时电势高，给
逆变器带来一定的风险； （4）他控式同步电机有失步和震荡的可