《永磁同步電機》PPT課件

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1、PMSM和BLDC電機的特點優(yōu)點（1）功率密度大；（2）功率因數(shù)高（氣隙磁場主要或全部由轉(zhuǎn)子磁場提供）；（3）效率高（不需要勵磁，繞組損耗?。唬?）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，維護簡單；（5）內(nèi)埋式交直軸電抗不同，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩，弱磁性能好，表面貼裝式弱磁性能較差。缺點（1）價格較高；（2）弱磁能力低；（3）起動困難，高速制動時電勢高，給逆變器帶來一定的風險；（4）他控式同步電機有失步和震蕩的可能性。PMSM和BLDC電機的特點PMSM和BLDC電機的應(yīng)用范圍軟、硬磁盤驅(qū)動器、錄像機磁鼓（視頻磁頭）

2、和磁帶伺服系統(tǒng)體積小、容量小、控制精度高機床、機器人等數(shù)控系統(tǒng)快速性好、定位（速度和位置）精度高、起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強交通運輸電動自行車、電動汽車、混合動力車、城軌車輛、機車牽引家用電器冰箱、空調(diào)等（單位體積功率密度高、體積?。㏄MSM和BLDC電機的應(yīng)用范圍rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕模擬結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)霍爾傳感器定子繞組轉(zhuǎn)子磁鐵實物結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)定子定子繞組一般制成多相（三、四、五相不等），通常為三相繞組。三相繞組沿定子鐵心對稱分布，在空間互

3、差120度電角度，通入三相交流電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子采用永磁體，目前主要以釹鐵硼作為永磁材料。采用永磁體簡化了電機的結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，又沒有轉(zhuǎn)子銅耗，提高電機的效率。PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)PMSM按轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)可分為兩種（1）表面貼裝式（SM-PMSM）直交軸電感Ld和Lq相同氣隙較大，弱磁能力小，擴速能力受到限制PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)（2）內(nèi)埋式（IPMSM）交直軸電感:Lq>Ld氣隙較小，有較好的弱磁能力PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)無刷直流電

4、機永磁體的弧極為180度，永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場呈梯形波分布，線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢亦是交流梯形波定子繞組為Y或聯(lián)結(jié)三相整距繞組由于氣隙較大，故電樞反應(yīng)很小PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)正弦波永磁同步電機永磁體表面設(shè)計成拋物線，極弧大體為120度定子繞組為短距、分布繞組定子由正弦波脈寬調(diào)制（SVPWM）的電壓型逆變其供電，三相電流為正弦或準正弦波PMSM和BLDC電機的結(jié)構(gòu)PMSM的數(shù)學模型：定子三相靜止坐標系：定子兩相靜止坐標系：轉(zhuǎn)子兩相坐標系為了簡化和求解數(shù)學模型方程，運用坐標變換理論,通過對同步電動機

5、定子三相靜止坐標軸系的基本方程進行線性變換，實現(xiàn)電機數(shù)學模型的解耦。PMSM和BLDC電機的工作原理：定子電壓：定子電流：定子磁鏈矢量：轉(zhuǎn)子磁鏈矢量：轉(zhuǎn)子角位置：電機轉(zhuǎn)矩角假設(shè)：1)忽略電動機鐵心的飽和；2)不計電動機中的渦流和磁滯損耗；3)轉(zhuǎn)子無阻尼繞組。永磁同步電動機在三相定子參考坐標系中的數(shù)學模型可以表達如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：PMSM和BLDC電機的工作原理永磁同步電動機在坐標系中的數(shù)學模型可以表達如下：定子電流：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：PMSM和BLDC電機的工作原理永磁同步電動

6、機在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標系d-q中的數(shù)學模型可以表達如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：PMSM和BLDC電機的工作原理每一瞬間有兩個功率開關(guān)導(dǎo)通，每隔60度換相一次，每次換相一個功率開關(guān)，每個功率開關(guān)導(dǎo)通120度電角度。導(dǎo)通順序為（1）兩兩通電方式PMSM和BLDC電機的工作原理BLDC電機控制方式全控橋兩兩通電電路原理圖將三只霍爾集成電路按相位差120度安裝，產(chǎn)生波形如圖所示。PMSM和BLDC電機的工作原理導(dǎo)通時合成轉(zhuǎn)矩導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)兩兩通電時合成轉(zhuǎn)矩Y聯(lián)結(jié)繞組兩兩通電時的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖每一瞬間

7、有三個功率開關(guān)導(dǎo)通，每隔60度換相一次，每個功率開關(guān)導(dǎo)通180度電角度。導(dǎo)通順序為（2）三三通電方式PMSM和BLDC電機的工作原理Y聯(lián)結(jié)三三通電方式的控制原理圖Y聯(lián)結(jié)三三通電方式相電壓和線電壓波形PMSM和BLDC電機的工作原理三三通電時的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖導(dǎo)通時合成轉(zhuǎn)矩導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)三三通電時合成轉(zhuǎn)矩BLDC電機穩(wěn)定運行機械特性方程（3）BLDC電機運行性能和傳遞函數(shù)：電機轉(zhuǎn)速（r/min）；：電源電壓（V）；：功率開關(guān)壓降（V）；：電動勢系數(shù)；：電動機產(chǎn)生的電動轉(zhuǎn)矩平均（N.m）;：轉(zhuǎn)矩系數(shù)

8、；：電動機的內(nèi)阻（）。PMSM和BLDC電機的工作原理BLDC電機的動態(tài)特性方程：電動機負載阻轉(zhuǎn)矩；：電動機轉(zhuǎn)子飛輪力矩（），（為轉(zhuǎn)動慣量）PMSM和BLDC電機的工作原理BLDC電機傳遞函數(shù)：電動勢傳遞系數(shù)，：轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)，：電磁時間常數(shù)，BLDC電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機的工作原理（1）開環(huán)控制：u/f恒定（2）閉環(huán)控制：矢量控制（70年代）直接轉(zhuǎn)矩控制（80年代）永磁同步電機控制方式PMSM和BLDC電機的工作原理定子電流經(jīng)過坐標變換后轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標系上的電流