永磁同步電機的工作原理第一篇：永磁同步電機的工作原理永磁同步電機的工作原理永磁同步電機的工作原理與同步電機的工作原理是相同的。永磁同步電機在現(xiàn)在應(yīng)用及其廣泛。和感應(yīng)電機一樣是一種常用的交流電機。特點是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間又不變得關(guān)系n=ns=60f/p，ns成為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負載的大小無關(guān)。作為發(fā)電機運行是同步電機最主要的運行方式，作為電動機運行是同步電機的另一種重要的運行方式。同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應(yīng)用大型同步電動機可以提高運行效率。近年來，小型同步電動機在變頻異步電動機又稱感應(yīng)電動機,是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換為機械能量的一種交流電機。異步電動機按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式:有鼠籠式〔鼠籠式異步電機〕繞線式異步電動機。永磁同步電機的工作原理如下：永磁同步電機主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。永磁同步電機的載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。永磁同步電機的切割運動：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）。永磁同步電機交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。永磁同步電機的交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。下一篇：限壓式變量葉片泵的特性曲線第二篇：永磁同步電機特高效永磁電機替換Y2異步電機節(jié)能分析效率和功率因數(shù)是兩個不同的概念。電機的效率是指電機的軸輸出功率與電機從電網(wǎng)吸取的功率之比，而功率因數(shù)是指電機的有功功率與視在功率之比。功率因數(shù)低會造成無功電流大；進而造成因線路電阻壓降大，電壓低。因線路損耗增加，有功功率增加。具體原理：交流永磁同步電動機，轉(zhuǎn)子無滑差，無電勵磁，轉(zhuǎn)子無基波鐵、銅耗損。轉(zhuǎn)子由于永磁體自帶磁場，無需無功勵磁電流，因此功率因數(shù)高，無功轉(zhuǎn)子無基波鐵、銅耗損。無功功率少，定子電流大幅下降，定子銅損耗大為減少。同時，由于稀土永磁電機的極弧系數(shù)大于異步電動機的極弧系數(shù)，當(dāng)電壓和定子結(jié)構(gòu)一定時，該電機的平均磁感應(yīng)強度比異步電機小，鐵損耗小。由此可見，稀土永磁同步電動機是通過降低自身各種損耗而節(jié)能的，不受工況、環(huán)境等因素變化的影響。永磁同步電動機的特性效率高平均節(jié)電10%以上異步Y(jié)2電動機效率曲線，一般在60%額定負載時下跌較快，輕載時效率很低永磁電動機效率曲線高而平，在20%~120%額定負載時均處于高效率區(qū)。經(jīng)多個廠家不同工況現(xiàn)場實測，永磁同步動機的節(jié)電率在10~40%。功率因數(shù)高接近1永磁同步電機無需無功勵磁電流，所以功率因數(shù)幾乎為1，功率因數(shù)曲線和效率曲線高而平，功率因數(shù)高，定子電流小，進而降低定子銅耗，提高效率。工廠電網(wǎng)可減少甚至取消電容無功補償。同時永磁電機的無功補償是實時就地補償，使得工廠的功率因數(shù)更平穩(wěn)，對其它設(shè)備的正常運行非常有利，減少工廠內(nèi)電纜傳輸?shù)臒o功損耗，起到綜合節(jié)能的效果。電機電流小采用永磁電機后，電機電流明顯下降，經(jīng)實測，永磁電機和Y2電機相比，電機電流明顯減少。永磁電機無需無功勵磁電流，電機電流大幅降低。減少了電纜傳輸中的損耗，等于擴大了電纜的容量，輸電電纜經(jīng)可以安裝更多電機。運行無滑差轉(zhuǎn)速穩(wěn)定永磁電機是同步電機，電機的轉(zhuǎn)速只與電源頻率有關(guān)，2極電機，在50Hz電源下工作時，轉(zhuǎn)速嚴(yán)格穩(wěn)定在3000r/min。不丟轉(zhuǎn)、無滑差、不受電壓波動、負載大小的影響。溫升低15?20°C永磁電機的電阻損耗小，總損耗大大降低，降低了電動機的溫升。經(jīng)實測，在同等條件下，工作溫度比Y2電機彳氐15~20C。能源緊張是影響我國國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重要問題，也是全世界共同關(guān)心的闊題。節(jié)能是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項極為緊迫的任務(wù)。第三篇：同步電機的工作原理同步電機的工作原理同步電機和感應(yīng)電機一樣是一種常用的交流電機。特點是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間又不變得關(guān)系n=ns=60f/p，ns成為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負載的大小無關(guān)。同步電機分為同步發(fā)電機和同步電動機?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機以同步電機為主。工作原理?主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。?載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。?切割運動：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）。?交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。?交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。第四篇：永磁同步電機的公式推導(dǎo)永磁同步電機的公式推導(dǎo)2.1永磁同步電機的能量轉(zhuǎn)換過程推導(dǎo)永磁同步電機電壓平衡方程：（2-1）其中，為轉(zhuǎn)子機械角位移，為轉(zhuǎn)子機械角速度，電機穩(wěn)定運行時為常數(shù)，即。則有（2-2）其中，為電阻壓降，表示感應(yīng)電動勢，成為運動電動勢。轉(zhuǎn)矩平衡方程：（2-3）其中，為電機電磁轉(zhuǎn)矩，為輸出機械轉(zhuǎn)矩，為慣性轉(zhuǎn)矩，為阻力轉(zhuǎn)矩；理想情況下，電機阻力力矩近似為常數(shù)，穩(wěn)定運行時機械加速度為零，所以輸出的機械轉(zhuǎn)矩，由于電機阻力力矩近似為常數(shù)，電磁功率可近似看作輸出機械功率。磁能的表達式：（2-4）由磁能與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，則：（2-5）其中，表示電流矩陣的轉(zhuǎn)置。則電磁功率為：（2-6）由公式兩邊同時乘以，則：（2-7）由式（2.7）可知，等式左邊為電機輸入功率；等式右邊為電阻損耗功率，是電磁功率，即電功率轉(zhuǎn)換成機械功率輸出的那一部分，表明從電磁耦合場中獲得的一半能量轉(zhuǎn)換成了機械能輸出；是輸入功率除去輸出的和內(nèi)阻損耗功率之后的功率，即為磁場功率。穩(wěn)態(tài)運行時，一個周期內(nèi)磁場功率應(yīng)為零，即一個周期內(nèi)磁場轉(zhuǎn)化的功率與釋放的功率相同。2.2坐標(biāo)變換變換(Clark變換)設(shè)三相繞組和兩相繞組每相的繞組匝數(shù)分別為N1,N2,將兩組磁動勢分別投影到軸和軸上：(2-8)前后保持功率不變，可進一步推倒出此時，所以，三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系(3s/2s)的“等功率”變換矩陣為：變換(Park變換)同樣遵照磁效應(yīng)等效原則，同一時刻、同一方向上的瞬時磁動勢相等，再由功率不變原則得出變換前后各繞組的有效匝數(shù)不變，因此可以直接由電流矢量表示合成磁動勢。將磁動勢投影到正交的a軸、B軸上，由三角關(guān)系易得：(2-9)兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(2s/2r)的“等功率”變換矩陣為：變換考慮零序電流得(2-10)則有，(2-11)通過計算可以得出變換矩陣：2.3旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下動態(tài)方程(1)電壓方程根據(jù)坐標(biāo)變換，并考慮：（2-12）（2-13）可以得到（2-14）（2-15）（2-16）（2-17）（2-18）定子電壓方程（2-19）（2-20）（2-21）轉(zhuǎn)子電壓方程（2-22）（2-23）（2-24）（2）磁鏈方程軸上繞組：繞組，阻尼繞組，勵磁繞組軸上繞組：繞組，勵磁繞組。在繞組通三相電流，在繞組中的磁鏈（2-25）其中，為繞組和相繞組重合時的互感在繞組通電流，在繞組中的磁鏈（2-26）其中，為直軸電樞反應(yīng)電感令繞組與繞組等效，則（2-27）同理（2-28）軸主磁鏈（2-29）軸總磁鏈（2-30）其中，為定子交直軸的漏感若，為定子繞組漏自感和漏互感，則總漏感和零序電感為（2-31）由交直軸磁鏈得到交直軸同步電感（2-32）定子系統(tǒng)的磁鏈（2-33）（2-34）（2-35）勵磁繞組的磁鏈（2-36）直軸阻尼繞組的磁鏈（2-37）交軸阻尼繞組的磁鏈（2-38）（3）轉(zhuǎn)矩方程同步電動機輸入總功率（2-39）由于所以（2-40）變換為磁勢不變，而非功率不變，系數(shù)不為1。展開得到（2-41）（2-42）2.4拉格朗日運動方程確定電機的動力變量，廣義損耗系數(shù)，以應(yīng)外來廣義驅(qū)動力，列表如下：表3.1在廣義坐標(biāo)和廣義速度下的系數(shù)定子繞組定子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組機械轉(zhuǎn)子假設(shè)系統(tǒng)為線性的（2-43）由，可得（2-44）拉格朗日函數(shù)為（2-45）其中。（2-46）根據(jù)式（3.23），同步電機運動方程的推導(dǎo)如下：當(dāng)時（2-47）則定子繞組軸的電壓方程為：（2-48）當(dāng)時（2-49）則定子繞組軸的電壓方程為：（2-50）當(dāng)時（2-51）則轉(zhuǎn)子繞組軸的電壓方程為：2-52)當(dāng)時同理可得，轉(zhuǎn)子繞組軸的電壓方程為：（2-53）當(dāng)時（2-54）則力平衡方程為（2-55）綜上所述，式（2-46）、（2-50）、（2-51）、（2-52）、（2-56）合起來就是永磁同步電機的運動方程。第五篇：永磁同步電機矢量控制仿真永磁同步電動機矢量控制仿真1．前言隨著微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的交流伺服系統(tǒng)采用了數(shù)字信號處理器（DSP）和智能功率模塊（IPM）,從而實現(xiàn)了從模擬控制到數(shù)字控制的轉(zhuǎn)變?？臻g矢量PWM調(diào)制,它具有線性范圍寬,高次諧波少,易于數(shù)字實現(xiàn)等優(yōu)點,在新型的驅(qū)動器中得到了普遍應(yīng)用。永磁同步電機（PMSM）具有較高的運行效率、較高的轉(zhuǎn)矩密度、轉(zhuǎn)動慣量小、轉(zhuǎn)矩脈動小、可高速運行等特點,在諸如高性能機床進給控制、位置控制、機器人等領(lǐng)域PMSM得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來國內(nèi)夕卜學(xué)者將空間矢量脈寬調(diào)制算法應(yīng)用于永磁同步電機控制中,并取得了一定的成就。同時,永磁同步電機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展也很快,已成為調(diào)速系統(tǒng)的主要研究和發(fā)展對象。數(shù)字仿真技術(shù)一直是交流調(diào)速系統(tǒng)分析計算的有用工具。但隨著對PMSM控制技術(shù)要求的提高，空間矢量PWM控制系統(tǒng)成為首選方案。本文對其進行MATLABSIMULINK下仿真,并給出了仿真結(jié)果。2．永磁同步電動機矢量控制原理矢量控制的目的是為了改善轉(zhuǎn)矩控制性能，而最終實施仍然是落實到對定子電流（交流量）的控制上。由于在定子側(cè)的各個物理量，包括電壓、電流、電動勢、磁動勢等等，都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)、控制和計算都不是很方便。因此，需要借助于坐標(biāo)變換，使得各個物理量從靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，然后，站在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上進行觀察，電動機的各個空間矢量都變成了靜止矢量，在同步坐標(biāo)系上的各個空間矢量就都變成了直流量，可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式的幾種形式，找到轉(zhuǎn)矩和被控矢量的各個分量之間的關(guān)系，實時的計算出轉(zhuǎn)矩控制所需要的被控矢量的各個分量值，即直流給定量。按照這些給定量進行實時控制，就可以達到直流電動機的控制性能。由于這些直流給定量在物理上是不存在的，是虛構(gòu)的，因此，還必須再經(jīng)過坐標(biāo)的逆變換過程，從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系回到靜止坐標(biāo)系，把上述的直流給定量變換成實際的交流給定量，在三相定子坐標(biāo)系上對交流量進行控制，使其實際值等于給定值。下面進行詳細介紹。2.1坐標(biāo)變換理論矢量變換控制中涉及到的坐標(biāo)變換有靜止三相-靜止二相,以及靜止二相-旋轉(zhuǎn)二相的變換及其逆變換。抽象成坐標(biāo)系間的關(guān)系就是從靜止as-bscs坐標(biāo)系向靜止A-B坐標(biāo)系的變換,以及變量從靜止A-B坐標(biāo)系向同步速旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系變換。現(xiàn)對各坐標(biāo)軸之間的電流轉(zhuǎn)換公式總結(jié)如下：坐標(biāo)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系(1)坐標(biāo)與坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系(2)坐標(biāo)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系(3)(4)上述幾式是電流的轉(zhuǎn)換，電壓的轉(zhuǎn)換與電流的轉(zhuǎn)換相同。(1)?(4)是恒功率變換，恒功率變換中三相坐標(biāo)和兩相坐標(biāo)中計算得到的功率是相等的。實際中還有一種恒幅值變換，即電流電壓的幅值在三相坐標(biāo)和兩相坐標(biāo)中相等，但功率在兩相坐標(biāo)中需要乘以1.5才是實際功率，控制中使用恒幅值變換感覺更方便一些。(5)而且實際中由于三相平衡，往往只檢測兩相電流，所以還有一種基于恒幅值的U-V二＞的變換：(6)實際對稱三相系統(tǒng)中式(6)使用較多。2.2永磁同步電動機控制理論根據(jù)永磁同步電動機控制理論，永磁同步電動機具有正弦形的反電動勢波形，其定子電壓、定子電流也應(yīng)該為正弦波。假設(shè)電動機是線性的，參數(shù)不隨溫度等變化，忽略磁滯、渦流損耗，轉(zhuǎn)子無阻尼繞組，那么基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d，q中的永磁同步電動機定子磁鏈方程為：(7)其中：屮r為轉(zhuǎn)子磁鋼在定子上的耦合磁鏈；Ld、Lq為永磁同步電動機的d,q軸主電感，Id、Iq為定子電流矢量的d,q軸主電流。根據(jù)在兩相繞組中，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的永磁同步電機定子電壓矢量方程式，整理出永磁同步電動機在d,q軸上兩個分量的定子電壓方程式：（8）其中：Vd、Vq為定子電壓矢量V的d,q軸分量，3r為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度。與前面的從兩相靜止坐標(biāo)a、B變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d,q—樣，直接寫出電壓回路方程式也要有一定的條件。在認(rèn)為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率—致，并且當(dāng)d軸與轉(zhuǎn)子主磁通方向—致時，將（1）的定子磁鏈方程式代入（2）的定子電壓方程式就得到永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁通定向的電壓回路方程式：（9）電磁轉(zhuǎn)矩方程為：（10）其中：P為電機的極對數(shù)。在永磁同步電動機中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變，所以都是采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向方式來控制永磁同步電動機的。在基速以下恒轉(zhuǎn)矩運行區(qū)中，采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向的永磁同步電動機定子電流矢量位于q軸，無d軸分量，即Iq二I,Id二0,定子電流全部用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而對于面貼式永磁電機而言，氣隙均勻，Ld二Lq,此時永磁同步電動機的電壓方程可寫為：（11）電磁轉(zhuǎn)矩方程可簡化為：（12）圖1永磁同步電機位置交流伺服系統(tǒng)矢量控制原理框圖由上述永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型的分析可知：定子電流在軸上的分量決定電磁轉(zhuǎn)矩的大小。永磁同步電機矢量控制的實質(zhì)就是通過對定子電流的控制來實現(xiàn)交流永磁同步電動的的轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)速在基速以下時,在定子電流給定的情況下,控制,可以更有效的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,這時電磁轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩就隨著的變化而變化。在控制系統(tǒng)只要控制大小就能控制轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)矢量控制。永磁同步電機矢量控制很容易實現(xiàn)，只要使實際的與給定的相等，也就滿足了實際控制的要求。在實際控制中，向電機定子注入的和從定子檢測的電流都不是、而是三相電流，所以必須進行坐標(biāo)變化。又因為d,q坐標(biāo)系是定在電機轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所以要實現(xiàn)坐標(biāo)變化必須在控制中實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置。圖2是永磁同步電機的矢量控制原理圖。由圖可知，永磁同步電機位置交流伺服系統(tǒng)矢量控制有下面幾部分組成：位置速度檢測模塊、位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制器、坐標(biāo)變換模塊、SVPWM模塊、整流和逆變模塊。本文只作相關(guān)仿真，不設(shè)位置速度檢測模塊。控制過程為：位置信號指令與檢測到的轉(zhuǎn)子位置相比較，經(jīng)過位置控制器的調(diào)整，輸出速度指令信號，速度指令信號與檢測到轉(zhuǎn)子速度信號相比較，經(jīng)速度控制器的調(diào)節(jié)，輸出指令信號（電流控制器得