永磁同步电机简介.ppt

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1、永磁同步电机简介同步电机同步电动机属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。定子中通三相对称绕组，转子有直流电源供电，运行过程如下：（1）主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。（2）载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。（3）切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能）

2、，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。（4）交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。运行方式同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电

3、压的目的。转速与电网频率关系f—定子侧旋转磁场的交流电流频率P—电机极对数只要电网频率不变，则稳定运行时的同步电机的转速恒为常值而与负载无关。从原理上看，同步电机既可以作为发电机，也可以作为电动机或补偿机。现代水电、火电及核电中的发电机几乎都是用的同步发电机，在工矿企业和电力系统中，同步电动机和补偿机用的也不少。永磁电机的分类永磁无刷直流电机（BDCM）——以方波或梯形波供电。永磁同步电机（PMSM）——以正弦波或者方波供电。正弦波和方波永磁电机对比对比项目正弦波永磁同步电机方波永磁同步电机电动机没相励磁磁通分布电动机没相电流波形电磁转矩运行特点（1）转矩脉动小

4、（2）可用相位补偿电流控制器的滞后（3）需磁极传感器（4）电流控制复杂（1）相电流切换时产生转矩波动（2）电流控制有延迟使转矩降落（3）只需要简单的磁极位置传感器（4）电流控制简单从结构来分：面装式、插入式、内埋式面装式转子结构，通常永磁体呈瓦片形，并安装在转子铁芯外表面上。这种转子结构具有结构、工艺简单，成本低和转动惯量小等优点，多用于中小功率伺服电机中。插入式转子结构，是将永磁体嵌于转子表面下，而永磁体的宽度小于一个极距。若永磁体都采用稀土永磁材料，由于永磁材料的相对磁导率接近1，所以面装式转子结构的永磁同步电动机在电磁性能上属于隐极式电机，其直、交轴(d、

5、q轴)同步电感基本相同，转子磁路对称。而插入式转子结构因相邻的永磁磁极之间是磁导率很大的铁磁材料，故插入式转子结构的永磁同步电动机在电磁性能上属于凸极式电机，其q轴同步电感要大于d轴同步电感。这种因转子磁路的不对称性所产生磁阻转矩可以被利用来提高电动机的功率密度，改善动态性能。内埋式转子结构，这类结构的永磁体位于转子内部，每个永磁体都被铁芯所包容。内埋式转子结构在电磁性能上也属于凸极式转子结构。从图中可以看出，d轴主磁通穿过两个永磁体，相当于在d轴磁通路径上存在两个额外的大气隙，而q轴主磁通仅穿过铁芯和气隙；因空气的相对磁导率是1，所以q轴同步电感要明显大于d轴

6、同步电感。通常用凸极率(p=Lq/Ld)来表示永磁同步电动机的凸极性。在相同条件下，面装式转子结构的凸极性最小，内埋式转子结构的凸极性最大。凸极性不但可以用来提高永磁同步电动机功率密度和效率，还可以用来实现无位置传感器的控制。永磁同步电机数学模型在永磁同步电机的定子上装有A、B、C三相对称绕组，转子上装有永久磁钢（有些电机转子上还装有阻尼绕组），定子和转子通过气隙磁场耦合。由于电机定子与转子之间存在相对运动，定转子之间的位置关系是随时间变化的，因此，定转子个参量的关系非常复杂，无法准确的分析同步电机定转子各参量的变化规律，给永磁同步电机的分析和控制带来诸多困难。

7、为了简化对永磁同步电机的分析，建立实现可行的同步电机数学模型，做如下假设：（1）忽略磁路饱和、磁滞和涡流影响，视电机磁路是线性的，可以应用叠加原理对电机回路各电磁参数进行分析。（2）电机定子绕组三相对称，各绕组轴线在空间上相差120度电角度。（3）转子上没有阻尼绕组，永磁铁没有阻尼作用。（4）电机定子的电势按正弦规律变化，定子电流在气隙中只产生正弦分布磁势，忽略磁场场路中的高次谐波磁势。按照以上条件对永磁同步电机进行理论分析时，其所得到的结果与实际情况非常接近，误差在工程允许内。在同步电机运行过程中，电机微分方程有多种形式。在A、B、C坐标系下，将定子三相绕组中

8、A相绕组轴线作为空间坐标