永磁同步电动机原理及应用-2014

1、永磁同步电机、伺服系统原理与应用2014年电机原理篇电机分类(动力类电机）永磁同步电机的基本结构永磁同步电动机的优缺点： 功率密度高 转子的转动惯量小 运行效率高 功率因数高 电机响应快 转子励磁无法灵活控制 永磁体存在失磁现象 转子磁势受温度影响 成本高正弦波永磁同步电机的基本运行原理 定子三相绕组采用正弦绕组; 由三相逆变器提供定子绕组的三相对称电流产生旋转磁场,拖动永磁转子同步旋转; 定子绕组的通电频率以及由此产生的旋转磁场转速取决于转子的实际位置和转速; 转子的实际位置和转速由光电式编码器或旋转变压器获得;正弦波永磁同步电动机的控制 磁钢表贴式永磁同步电机永磁体粘接到转子铁心表面，固定

2、困难，转速低有效气隙较大，则同步电抗小，电枢反应小 隐极式同步电机的特点,气隙均匀，控制相对简单转矩波动相对较小表面永磁永磁同步电机基本运行在恒励磁状态，相应的电动机运行在恒转矩区域，其弱磁调速范围很小磁钢内插式永磁同步电机永磁体镶嵌在转子铁心内部，适用于高速运行场合有效气隙较小，同步电抗较大，电枢反应磁势较大，从而存在相当大的弱磁空间；突极式电机的特点，直轴的有效气隙比交轴的大几倍,控制相对较难转矩波动相对较大无刷直流电机专用控制器的控制下运行，有方波与正弦波驱动两类用控制器中的电子换向器代替直流电机上的换向器电机构与表贴和内插式永磁同步电机基本相同，磁路不同控制相对简单，与常规的永磁同步电

3、机相比转矩脉动大位置反馈要求低（只要求换向位置）无刷直流电机的控制1定子三相绕组采用正弦绕组控制器按一定的顺序，轮流让电机的各相线圈通电，在定子上产生磁场牵动转子转动“轮流”的变换点由霍尔IC感应信号确定。 通过控制电流和换相来控制电机的转速无刷直流电机的控制2 正弦波PMSM调速系统的组成永磁无刷直流电动机与正弦波永磁同步电动机的比较从结构上看从结构上看：永磁无刷直流电机，其定子三相采用集中、整矩绕组，而转子永磁体则采用表面瓦片式结构，永磁体厚度均匀；正弦波永磁PMSM，其定子三相则采用分布、正弦绕组，转子永磁体主要有两大类：一类是表面永磁结构；另一种为内置永磁体结构，这两种结构均可确保气隙

4、磁密的波形接近正弦。从转子位置传感器上看从转子位置传感器上看：永磁无刷直流电机，仅需提供六个（通常为三个）离散的转子位置反馈信息即可；正弦波永磁PMSM ，需要提供连续的转子位置反馈信息 。从所产生的电磁转矩看从所产生的电磁转矩看：永磁无刷直流电机存在一定的转矩脉动 ；正弦波永磁PMSM所产生的电磁转矩基本上是恒定的 。从体积和重量角度看从体积和重量角度看： 永磁无刷直流电动机的功率密度比永磁同步电动机更高电机应用篇永磁同步电机的参数（电）电机极数（极对数），确定了输入频率与转速的对应关系电机额定参数（电压、电流、温升、输入功率）电机“最大”参数（电压、电流、温升、输入功率）电阻、电感、电气时

5、间常数驱动器需要 转速=输入频率*60/极对数 功率=电压*电流*功率因数*1.732永磁同步电机的参数（机）电机的工作制式（s1.GB755-2008旋转电机 定额和性能.)电机额定参数（转矩、转速、输出功率）电机“最大”参数（转矩、转速、输出功率）电机价格-正比于电机转矩（机座与电压等级确定后）电机机械时间常数、转动惯量-驱动器需要功率=转矩*转速（单位：kW=Nm*弧度/秒） =转矩*转速/9550（单位：kW=Nm*RPM）永磁同步电机的参数（机-电）转矩常数Kt=输出转矩/输入电流感生电动势常数Ke=感生电动势/转速电机的效率=电机的输出机械功率/输入电功率电机电压感生电动势+电流在

6、线圈阻抗上的压降电机的温升-相关于-电机的转速（铁损）+电机的转矩（铜损）电机的价格与电机的温升强相关（要求温升越低，价格越高）永磁同步电机选型的直接参数转矩转速电压反馈传感器要求冷却方式工作制式安装方式防护等级（特殊环境）温升同转矩、转速的情况下，机座号（安装有关）越小，电机的成本相对越低永磁同步电机选型的间接参数最终执行件的受力情况最终执行件的运动情况（速度、加速度）传动链上各部件的转动惯量传动链的描述辅助定位或定速装置的情况反馈传感器:编码器安装在伺服电机轴上，用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器反馈传感器:温度传感器安装在电机绕组或机壳里，对电机温度进行保护，或开关降温装置

7、的一类温度反馈元件PTC一种非线性的热敏电阻，当电机线圈的温度接近绝缘等级温度时，其PTC热敏电阻阻值显著升高，温动器检测到这个变化时启动对电机的保护。KTY基于扩散电阻原理的一种线性温度传感器，驱动器检测电机的温度，并根据设置的保护点进行“保护”。 温度开关温度开关一种根据温度的变化会自动“开”或“关”的器件，常用于电机的风扇控制或电机保护，用在保护时，驱动器检到它断开时对电机进行保护，单相微电机中直接将它串在电机绕组上保护电机永磁同步电机驱动系统参数控制模式：速度、位置、转矩控制精度：速度、位置、转矩的控制精度主要内容主要内容伺服的定义、用途伺服的定义、用途伺服系统分类伺服系统分类电液伺服

8、系统基础电液伺服系统基础电电- -电伺服系统基础电伺服系统基础伺服系统的应用伺服系统的应用伺服系统参数伺服系统参数伺服的定义、用途伺服的定义、用途伺服系统定义伺服系统定义 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统 伺服系统原理与构成与其他的反馈控制系统没有原则上的区别伺服系统的用途伺服系统的用途以小功率指令信号去控制大功率负载不通过物理连接，实现输入轴与输出轴的远距离同步传动使输出机械位移精确地跟踪电信号伺服系统分类伺服系统分类伺服系统分类按执行器分：电气伺服系统、液压伺服系统，电

9、气-液压伺服系统，电气-电气伺服系统按控制目标分：速度，加速度，位置（姿态）、力（转矩）按输出信号分：有模拟式伺服系统和数字式伺服系统;按所馈方式分：开环伺服系统、半闭环伺服系统，闭环伺服系统电电- -液伺服系统液伺服系统：电气控制，液压执行电电- -电伺服系统电伺服系统电气控制，电机驱动电液伺服简介电液伺服简介1.基础 电液伺服系统是以液压为执行器的伺服系统，它综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。特别适应于大负载，如飞机与船舶舵机、雷达与火炮、板带轧机的板厚、各种压力机的压力控制等电液伺服简介电液伺服简介2.阀控型

10、系统电液伺服简介电液伺服简介3.泵控型系统电-电伺服系统基础（1）伺服系统由伺服控制器、功率放大器、信号处理器和执行器组成，执行器为电器的伺服系统就是电-电伺服系统。在应用层面上所说的“伺服系统”是执行器为电机的系统。常规的伺服系统包括伺服驱动器、伺服电机现代的伺服驱动器是一种数字控制的，集伺服控制器、功率放大器和信号调理器的一体化的电机控制与驱动装置。现在常用的伺服电机是交流永磁同步电机，它集成了电机本体、速度和位置反馈传感器，部份伺服电机还集成了温度传感器、散热装置。伺服电机中集成的位置和速度传感器通常有增量式光电编码器、绝对式光电编码器、正余弦编码器、旋转弯压器等电机中集成的温度传感器主

11、要的双金属片温度开关、PTC 温度开关、KTY硅温度传感器。伺服系统基础（2） 伺服系统是一种反馈控制系统，根据反馈信号的信号的取样点设置，可分成开环、半闭环和全闭环控制系统，不同的系统的控制精度和响应不同。1.开环系统2.半闭环系统3.全闭环系统伺服系统基础（3） 伺服系统根据控制对象（给定负、反馈信号）的不同，有三种控制模式，速度控制、位置控制和力矩控制。伺服系统基础（伺服系统基础（4）伺服系统的应用特点：1.多轴，一个设备中可能要用到多个伺服系统2.多种控制模式，一个设备中的多个伺服系统可能运行在不同的控制模下3.联动，设备中两个或多个轴的运动是以一种可编程的约定关系运动4.单轴的控制模式在工作过程中可转换伺服系统的发展集成运动控制器的部份功能通讯总线应用替代原用的io连线更高的速度、位置控制精度更高的响应速度伺服驱动基础（伺服驱动基础（4）伺服系统应用伺服系统应用-机床机床应用特点：多轴控制器：数控系统控制特点：多轴插补伺服系统应用伺服系统应用-机器人机器人应用特点应用特点：六轴（多）轴控制器控制器：专用控制器控制特点控制特点：多轴插补伺服系统应用伺服系统应用-定长切割定长切割应用特点应用特点：单轴控制器控制器：专用控制器控制特点控制特点：同步