永磁同步电机基础知识

《永磁同步电机基础知识》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、WORD文档下载可编辑(一)PMSM的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设：1)忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的；2)不考虑涡流和磁滞损耗；3)当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势

2、，忽略气隙中的高次谐波；4)驱动开关管和续流二极管为理想元件；5)忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下：(l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:其中，Rs为定子电阻；ud、uq分别为d、q轴上的两相电压；id、iq分别为d、q轴上对应的两相电流；Ld、Lq分别为直轴电感和交轴电感；ωc为电角速度；ψd、ψq分别为直轴磁链和交轴磁链。若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相

3、静止坐标系的变换，如下式所示。(2)d/q轴磁链方程：其中，ψf为永磁体产生的磁链，为常数，，而是机械角速度，p为同步电机的极对数，ωc为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项绕组反电动势的倍。专业技术资料分享WORD文档下载可编辑(3)转矩方程：把它带入上式可得:对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为：这里，为转矩常数，。(4)机械运动方程：其中，是电机转速，是负载转矩，是总转动惯量(包括电

4、机惯量和负载惯量)，是摩擦系数。(一)直线电机原理永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。由此得到了直线电机的定子和动子，图1为其转变过程。直线电机不仅在结构上是旋转电机的演变，在工作原理上也与旋转电机类似。在旋转的三相绕组中通入三相正弦交流电后，在旋转电机的气隙中产生旋转气隙磁场，旋转磁场的转速（又叫同步转速）为：（1-1）其中，—交流电源频率，—电机的极对数。如果用表示气隙磁场的线

5、速度，则有：（1-2）其中，为极距。专业技术资料分享WORD文档下载可编辑当旋转电机展开成直线电机形式以后，如果不考虑铁芯两端开断引起的纵向边端效应，此气隙磁场沿直线运动方向呈正弦分布，当三相交流电随时间变化时，气隙磁场由原来的圆周方向运动变为沿直线方向运动，次级产生的磁场和初级的磁场相互作用从而产生电磁推力。在直线电机当中我们把运动的部分称为动子，对应于旋转电机的转子。这个原理和旋转电机相似，二者的差异是：直线电机的磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。这时直线电机的同步速度为v=2fτ,旋转电机改

6、变电流方向后，电机的旋转方向发生改变，同样的方法可以使得直线电机做往复运动。图1永磁直线同步电机的演变过程图2直线电机的基本工作原理对永磁同步直线电机，初级由硅钢片沿横向叠压而成，次级也是由硅钢片叠压而成，并且在次级上安装有永磁体。根据初级，次级长度不同，可以分为短初级-长次级结构和长初级-短次级的结构。对于运动部分可以是电机的初级，也可以是电机的次级，要根据实际的情况来确定。基本结构如图3所示，永磁同步直线电机的速度等于电机的同步速度：（1-3）专业技术资料分享WORD文档下载可编辑图3PMLSM的基本结构

7、(一)矢量控制（磁场定向控制技术）矢量控制技术是（磁场定向控制技术）是应用于永磁同步伺服电机的电流（力矩）控制，使得其可以类似于直流电机中的电流（力矩）控制。矢量控制技术是通过坐标变换实现的。坐标变换需要坐标系，变化整个过程给出三个坐标系：1)静止坐标系（a，b，c）：定子三相绕组的轴线分别在此坐标系的a，b，c三轴上；2)静止坐标系（α，β）：在（a，b，c）平面上的静止坐标系，且α轴与a轴重合，β轴绕α轴逆时针旋转90度；3)旋转坐标系（d,q）:以电源角频率旋转的坐标系。矢量控制技术对电流的控制实际上是

8、对合成定子电流矢量的控制，但是对合成定子电流矢量的控制的控制存在以下三个方面的问题：1)是时变量，如何转换为时不变量？2)如何保证定子磁势和转子磁势之间始终保持垂直？3)是虚拟量，力矩T的控制最终还是要落实到三相电流的控制上，如何实现这个转换？从静止坐标系（a，b，c）看是以电源角频率旋转的，而从旋转坐标系（d,q）上看是静止的，也就是从时变量转化为时不变量，交流量转化为直流量。所以，通过Clark