永磁同步电机工作原理剖析.ppt

设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与相 总磁动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁 动势在 轴上的投影都应相等，因此 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 坐标系变换矩阵： 可得 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 于是 PMSM电机的FOC控制策略 两个交流电流 和两个 直流电流 ，产生同样 的以同步转速 旋转的合 成磁动势 轴和矢量 都以 转速 旋转，分量 的长短不变。 轴与 轴 的夹角 随时间变化 （2）Park（2s/2r）变换 PMSM电机的FOC控制策略 由图可见， 和 之间存在下列关系 坐标系变换矩阵： 写成矩阵的形式，得 PMSM电机的FOC控制策略 由三组六个开关 （ ）组成。 由于 与 、 与 、 与 之间互为反向，即一个接通， 另一个断开，所以三组开关有 种可能的开关组合 PWM逆变器模型 （3）电压空间矢量 PMSM电机的FOC控制策略 若规定三相负载的某一相与“+”极接通时，该相 的开关状态为“1”态；反之，与“-”极接通 时，为“0”态。则8种可能的开关组合 逆变器7种不同的电压状态： 电压状态“1”至“6” 零电压关状态“0”和“7” PMSM电机的FOC控制策略 逆变器的输出电压 用空间电压矢量来表示，依 次表示为 逆变器非零电压矢量输出时 的相电压波形、幅值和电压 状态的对应关系图 电压状态和开关状态均以6 个状态为一个周期，相电压 幅值为两种： 和 PMSM电机的FOC控制策略 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 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。 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 能性。 PMSM和BLDC电机的特点 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 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 家用电器 冰箱、空调等（单位体积功率密度高、 体积小） PMSM和BLDC电机的应用范围 r r g g b b N S ⊙ ⊙ ⊙ ⊕ ⊕ A C B Z Y X ⊕ 模拟结构图 PMSM和BLDC电机的结构 霍尔传感器 定子绕组 转子磁铁 实物结构图 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 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 PMSM和BLDC电机的结构 （2）内埋式（IPMSM） 交直轴电感:LqLd 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