三相自起动永磁同步电动机定
无刷励磁三相同步电动机能效限定值及能效等级_概述及解释说明
无刷励磁三相同步电动机能效限定值及能效等级概述及解释说明1. 引言1.1 概述无刷励磁三相同步电动机作为一种高效节能的电动机，通过引领新一代电动机发展方向，具有广泛应用前景。
能效限定值及能效等级是评估无刷励磁三相同步电动机性能的重要指标，对于推动电动机领域的技术创新和节能减排具有至关重要的意义。
1.2 文章结构本文主要围绕无刷励磁三相同步电动机的能效限定值及能效等级进行概述和解释说明，并探讨了确定这些数值的方法和指标选取原则。
随后介绍了无刷励磁三相同步电动机能效等级评定流程及标准解读，并分析了实例结果。
最后，我们给出结论与展望，评估实施本文所提出方法带来的潜在影响与效果，并对未来无刷励磁三相同步电动机能效提升进行展望。
1.3 目的本文旨在全面阐述无刷励磁三相同步电动机能效限定值及其对应的能效等级理论知识，并解释了确定这些数值的方法和指标选取原则。
通过评定流程和实例分析，我们将为读者提供对该领域的深入理解和思考。
同时，本文也旨在探讨未来无刷励磁三相同步电动机能效提升的方向，并指出当前研究工作存在的不足点及改进方向。
通过阅读本文，读者将获得关于无刷励磁三相同步电动机能效限定值及能效等级相关概念的全面了解，并为今后相关研究和实践提供指导和借鉴。
2. 无刷励磁三相同步电动机能效限定值及能效等级解释说明2.1 无刷励磁三相同步电动机定义与原理无刷励磁三相同步电动机是一种通过异步转子绕组和永磁体，实现励磁子系统和主要场定子系统的分离，并利用控制算法将控制信号转换为定子电流来驱动转子旋转的电机。
其工作原理基于电流反馈和传感器技术，可以实现高效的能量传输。
2.2 能效限定值的概念与意义能效限定值是指对于无刷励磁三相同步电动机在特定条件下所允许的最低能源消耗水平。
设立能效限定值有助于评估和比较不同厂家生产的无刷励磁三相同步电动机的能源利用效率，促进技术进步和提高整体行业水平。
2.3 能效等级标准及分类根据有关国际标准和规范，无刷励磁三相同步电动机被分为多个不同的能效等级。
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。
永磁同步电机工作原理及控制策略35713
行线性变换，实现电机数学模型的解耦 。
q
B
us
isq
s
u s ：定子电压 i s ：定子电流
is isd
C
d
s ：定子磁链矢量
r
f
0
A
A、B、C ：定子三相静止坐标系
f r
：转子磁链矢量 ：转子角位置
、 ：定子两相静止坐标系 ：电机转矩角
d 、 q ：转子两相坐标系
PMSM和BLDC电机的工作原理
N2i N3iA N3iB cos 60 N3iC cos 60
N3
(iA
1 2
iB
1 2
iC
)
N2i N3iB sin 60 N3iC sin 60
3 2 N3 (iB iC )
i i
N3 N2
1 0
1 2 3 2
1 2
3 2
iA iB iC
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
iAiBiC 0
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
q
(Fs )is
1
两个交流电流 i 、 i 和两个
i iq
iq cos
以表达如下：
定子电流： s sjs
定子磁链： is is jis
电磁转矩： Te32np sissis
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：
永磁同步电机的原理及结构
完美格式整理版第一章永磁同步电机的原理及结构1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下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，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。
在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引起的磁阻转矩和单轴转矩等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。
在起动过程中，只有异步转矩是驱动性质的转矩，电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。
在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。
但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。
一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。
和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。
由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。
永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。
就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
a）面贴式b）插入式C）内嵌式图1-1面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。
同步电动机启动原理与励磁系统分析
同步电动机启动原理与励磁系统分析摘要：对于同步电动机而言，它的起动方法有好几种，例如：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。
而异步起动法就是同步电动机在转子上装有类似感应电动机笼型绕组的起动绕组（即阻尼绕组），电动机转子由磁极冲片叠片而成的磁极、圆筒磁轭等组成，磁极设有横、纵阻尼绕组。
当电动机接通电源后，便能产生异步转矩起动电动机到接近同步转速，然后设法将电动机牵入同步。
大多数同步电动机都是采用此方法起动的。
本文对同步电动机启动原理与励磁系统进行分析，以供参考。
关键词：同步机；启运原理；励磁分析引言压缩空气储能（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ-Ａｉｒ-Ｅｎｅｒｇｙ-Ｓｔｏｒａｇｅ，ＣＡＥＳ）是一种具有储能容量大、使用周期长、响应速度快等优点的大规模储能技术方案，同时较电池储能更加安全可靠，较抽水蓄能不那么依赖于地理环境，近年来引起国内外大型企业及研究机构的高度关注，国内也相继建成多个集成示范项目。
其中压缩空气储能环节，因为压缩机空气流量及出口压力一般都比常规压缩机要大很多，及在项目装机容量和建设规模的要求，所以一般选择大型同步电动机作为压缩机的驱动。
同时，同步电动机也以其优异的功角特性及良好的性能在动力拖动中有着广泛的应用。
1永磁同步电动机控制方法简述永磁同步电动机控制方法主要采用变频调速方法。
交流电动机的变频调速系统主要控制形式分为开环控制和闭环控制。
比较2种控制方式，因永磁同步电动机在开环控制方式下无法将电机转子位置信号和电机运行的实际速度信号作为实时反馈信号，易出现电机运行失步和突然停车等问题，从而造成永磁同步电动机退磁故障，所以开环控制的变频调速系统并不适用于永磁同步电动机。
为精确得到电机的转子位置信息和电机运行速度信息，实现永磁同步电动机的闭环控制，目前主要采用的方法是在电机的转轴上安装高精度的传感器。
其中，电梯行业常见的传感器主要为光电编码器来检测电机的转子位置信息和电机转速。
FOC控制是一种使用变频器来控制三相交流电机的技术。
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：
现代电机控制技术第3章三相永磁同步电动机矢量控制课件
2
PMSM 的转子结构，按永磁体安装形式分类，有面装式、插入式和内装式三 种，如图 3-1、图 3-2 和图 3-3 所示。
图 3-1 面装式转子结构
图 3-2 插入式转子结构
图 3-3 内装式转子结构
(3-2) (3-3)
A LA LAB LAC iA fA
B LBA LB LBC iB fB
C
LCA
LCB
LC
iC
fC
(3-4)
式中， fA 、 fB 和 fC 分别为永磁励磁磁场链过 ABC 绕组产生的磁链。 11
同电励磁三相隐极同步电动机一样，因电动机气隙均匀，故 ABC 绕组
Lm1
1 2
Lm1
1 2
Lm1
Ls Lm1
1 2
Lm1
1 2
Lm1
1 2
Lm1
Ls Lm1
iA iB iC
fA fB fC
式中， A
(Ls
Lm1 )iA
1 2
Lm1
(iB
iC ) fA
。
(3-7)
12
若定子三相绕组为 Y 接，且无中线引出，则有iA iB iC 0 ，于是
将矢量图直接转换为 A 相绕组的相量图，或者反之。这一结论同样适用 于
PMSM，因此可将图 3-9a 所示的矢量图直接转换为 A 相绕组的相量图，如图
3-9b 所示。
17
a) 稳态矢量图
b) 相量图
图3-9 面装式PMSM矢量图和相量图
18
此时，可将式(3-17)直接转换为
U s Rs Is jωs Ls Is jωsΨ f Rs Is jωs Ls Is jωs Lm If Rs Is jωs Ls Is E0
3相永磁同步电机的无传感器磁场定向控制FOC
应用报告
ZHCA555 – July 2013
Bilal Akin and Manish Bhardwaj
摘要
这份应用报告提出了一个用 TMS320F2803x 微控制器来控制永磁同步电机 (PMSM) 的解决方案。 TMS320F2803x 器件是 C2000 微控制器的系列部件，此微控制器能够通过减少系统组件实现用于三相电机 的智能控制器的成本有效设计，并且提高了效率。 借助于这些器件，有可能实现诸如磁场定向控制 (FOC) 等更加精准的数字矢量控制算法。 本文档中讨论了这个算法的实现。 FOC 算法在很大速度范围内保持高 效，并且通过处理一个电机的动态模型来将具有瞬态相位的转矩变化考虑在内 解决方案提出的方法免除了对 相位电流传感器的需要，并且使用一个观察器来实现速度无传感器控制。
试验结果内容磁场定向控制focfoc的基本系统配置c2000控制器在数字电机控制dmc方面的优势ti文献和数字电机控制dmc硬件配置hvdcmcr11套件1810参考书目41图片列表针对交流电机的foc基本系统配置pmsm无传感器磁场定向控制的总体方框图1010一个1311系统软件流程图1412使用交流电源生成直流总线电源16c2000codecomposerstudiotexasinstrumentsallothertrademarksrespectiveownerszhca555july2013http
8
d，q 旋转基准框架内的电流、电压和转子磁通空间矢量以及它们与 a，b，c 和 (α，β) 静止基准框架的关
系.............................................................................................................................. 9
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三相自起动永磁同步电动机定、转子的绕组分布示意图，定子上有A、B、
C
三相绕组，转子上有永磁体m和笼型起动绕组。定子A相绕组轴线与转子d轴方
向间的夹角为，转子以电角速度逆时针旋转，转子q轴沿逆时针方向超前
d
轴90º电角度。为简明起见，笼型起动绕组用d轴和q轴方向上各自短路的绕组
kd和kq来代替，并且已将起动绕组的参数折算到定子方，同时设永磁体交链于
定子相绕组磁链的幅值保持不变。
晶闸管双向调压电路采用MJYS—JL-350晶闸管模块，模块内由晶闸管主电
路和移相触发电路两部分组成。移相触发电路对来自电网的同步信号进行整形、
限幅并和触发信号电平相比较，产生触发方波脉冲，由高频振荡器对触发方波完
成调制和脉冲再分配，通过功放电路对其进行功率放大后触发晶闸管。移相触发
电路封装在晶闸管模块内，只需从外部输入一个0～10 V的交流控制信号，即可
以改变晶闸管触发角，控制晶闸管双向调压电路的输出电压
永磁同步电动机转子外径表面均匀，应属于隐极电机。但是，从电气性能上
看，永磁同步电动机却属于凸极电机。这是因为同步电机的主要参数直、交轴电
枢反应电抗aqadXX、分别决定于直、交轴电枢反应磁路的磁导，在电励磁同步电
动机中，aqadXX；但在永磁同步电动机中，情况有所不同，因为在直轴磁路
中有永磁体，永磁体的磁导率很低，其导磁性能与空气相似，因而大大减小了直
轴电枢反应的作用，表现为adX较小，如图4-2所示；而在交轴磁路中，主要是
软铁极靴和套环类的磁性材料，导磁性能较好，交轴电枢反应的作用较大，
aq
X
较大，如图4-2所示。因此，在永磁同步电动机中aqadXX。
(1)移相电路
双向晶闸管的触发方式有主电路正、负电压和门极正、负脉冲两两组合共4
种，主电路电压正负半波给出一个负脉冲，因为负脉冲触发所需要的门极电压和
电流较小，可保证足够大的触发功率。移相触发器采用IRMCK201芯片，该触发器
由交流电网直接供电，无须外加同步脉冲变压器和外接直流工作电源，并且能直
接用于晶闸管控制及耦合触发，具有锯齿波线性好、移相范围宽、输出电流大等
优点。3块IRMCK201控制模块分别接在电流三相上，“APHASE”接三相交流电源，
“LOAD”接负载，Ui。为控制电压输入，通过IRMCK201后在9脚输出移相触发脉
冲触发双向晶闸管。
(2)掉电数据保护
用户启动电动机时设定了启动参数，总是希望再次运行时恢复上一次掉电前
的态(即掉电保护)。本系统采用了E2PROM2864作为掉电保护芯片，存储用户设置
的启动电流、启动转矩和启动时间等参数。
(3)键盘控制和LCD显示
键盘作为用户操作的主要工具，实现各类启动参数的设置、电动机启动和停
止。键盘接口8279对4×4的键盘自动扫描，接收键盘上的输入信息并存入内部
FIFO缓冲器，自动向CPU请求中断。液晶显示采用GDM0801B，这是一块5×8点阵
的单行液晶模块，内置控制器KS0066U，+5 V供电和标准接口特性。
(4)D／A转换电路和光电隔离
CPU计算出的移相电路控制电压是数字量，需经过数模转换得到模拟电压。D
／A芯片采用常见的DAC0832，片内带数据锁存器，电流输出。电动机软启动用于
工业现场，单片机等数字电路部分很容易受到交流电气信号的干扰而导致系统程
序出错。在D／A转换和移相模块间采用光电隔离。本系统采用TLP521光电耦合器，
它由GaAs红外发光二极管和硅光敏三极管组成，输出、输入之间隔离电压高达2
500 V，响应速度在饱和使用时超过10 kbps。
整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的
主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量和
显示模块。这些元件都有设置对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参数。
在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机的模型是最重要的元件，在
Powerlib中给出了各种电机模型，这大大减少了交流调速系统的建模难度。
由仿真波形可以看出，在的参考转速下，系统空载启动，转速很快
达到给定值，电流和转矩波形较为理想。t=0.2s时转速突加到180r/min，电流和
电磁转矩相应增加，随即又到达稳定状态。t=0.4s时转速突然下降，电流和转矩
也立即跟随变化。t=0.6s时突加负载扰动，转矩马上突变，电流也相应增加，而
转速几乎没有变化。t=0.8s时突减负载，转矩和电流同时变化，转速仍然稳定在
给定的120r/min上。定转子磁链响应也随着变化过程增大和减小。可见，整个过
程中转速给定和负载扰动频繁突变，而转速能很好的跟随给定值，且响应时间短，
过渡过程快，有很好的跟随和抑制扰动的性能。整个变化过程中电磁转矩也能够
瞬间响应，并很快达到稳定。在稳态时的转矩有很小的脉动，这主要是由于电流
换向和滞环控制器频繁切换造成的，脉动大小跟滞环宽度有关。
非线性是指变量之间的数学关系，不是直线，而是曲线、曲面、或不确定的属性。
状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。
永磁同步电动机的定子与一般电励磁同步电动机的定子相同，定子铁芯通常由带
有齿和槽的冲片叠成，在槽中嵌入交流绕组。当三相对称电流通入三相对称绕组
时，在气隙中产生同步旋转磁场。转子部分则采用永磁体励磁。