交流永磁同步电机结构工作原理

1、沟通永磁同步电机构造及工作原理沟通永磁同步电机构造及工作原理22/22沟通永磁同步电机构造及工作原理适用文案沟通永磁同步电机构造与工作原理211沟通永磁同步电机的构造永磁同步电机的种类众多，依据定子绕组感觉电动势的波形的不一样样，能够分为正弦波永磁同步电机(PMSM)和梯形波永磁同步电机(BLDC)【261。正弦波永磁同步电机定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连结，采纳短距散布绕组；气隙场设计为正弦波，以产生正弦波反电动势；转子采纳永磁体取代电励磁，依据永磁体在转子上的安装地点不一样样，正弦波永磁同步电机又分为三类：凸装式、嵌入式和内埋式。本文中采纳的电机为凸装式正弦波永磁同步电机，

2、构造如图2一l所示，定子绕组一般制成多相，转子由永远磁钢按必定对数构成，本系统的电机转子磁极对数为两对，则电机转速为n=60fp，f为电流频次，P为极对数。标准文档适用文案图2一l凸装式正弦波永磁同步电机构造图当前，三相同步电机此刻主要有两种控制方式，一种是他控式(又称为频次开环控制)；另一种是自控式(又称为频次闭环控制)27】。他控式方式主假如经过独立控N#l-部电源频次的方式来调理转子的转速不需要知道转子的地点信息，常常采纳恒压频比的开环控制方案。自控式永磁同步电机也是经过改变外面电源的频次来调理转子的转速，与他控式不一样样，外面电源频次的改变是和转子的地点信息是有关系的，转子转速越高，定

3、子通电频次就越高，转子的转速是经过改变定子绕组外加电压(或电流)标准文档适用文案频次的大小来调理的。因为自控式同步电机不存在他控式同步电机的失步和振荡问题，并且永磁同步电机永磁体做转子也不存在电刷和换向器，降低了转子的体积和质量，提升了系统的响应速度和调速范围，且拥有直流电动机的性能，因此本文采纳了自控式沟通永磁同步电机。当把三相对称电源加到三相对称绕组上后，自然会产生同步速的旋转的定子磁场，同步电机转子的转速是与外面电源频次保持严格的同步，且与负载大小没关系。212沟通永磁同步电机的工作原理本系统采纳的是自控式交直交电压型电机控制方式，由整流桥、三相逆变电路、控制电路、三相沟通永磁电机和地点

4、传感器构成，其构造原理图如图22所示。在图22中，50HZ的市电经整流后，由三相逆变器给电机的三相绕组供电，三相对称电流合成的旋转磁场与转子永远磁钢所产生的磁场互相作用产生转矩，拖动转子同步旋转，经过地点传感器及时读取转子磁钢地点，变换成电信号控制逆变器功率器件开标准文档适用文案关，调理电流频次和相位，使定子和转子磁势保持坚固的地点关系，才能产生恒定的转矩，定子绕组中的电流大小是由负载决定的。定子绕组中三相电流的频次和相位随转子地点的变化而变化的，使三相电流合成一个与转子同步的旋转磁场，经过电力电子器件构成的逆变电路的开关变化实现三相电流的换相，取代了机械换向器。图22自控式电机构造原理图正弦

5、波永磁同步电机属于自控式电机，但是电动机的定子反电势和电流波形均为正弦波，并且保持同相，其能够获取与直流电机相同的转矩特色，并且能实现恒转矩的调速特色。当地点伺服系统是经过正弦波永磁同步电机来实现地点伺服功能的。标准文档适用文案213旋转式编码器由自控式正弦波PMSM构成的伺服系统，需要及时检测电机转子的地点及转速，本系统是经过旋转编码器来获取有关的信息。依据编码器的工作原理不一样样可分为磁性编码器和光学编码器，而依据编码器的输出信号的不一样样又分为增量式(incremental)和绝对式(absolute)编码器两种。绝对式编码器能够直接测得转子的绝对地点，每次为检测到转子的地点供给一个唯一

6、无二的编码数字值。绝对式型编码器(旋转型)码盘上有很多道光通道刻线，每道刻线挨次以2线、4线、8线、16线?编排，在编码器的每一个地点，经过读取每道刻线的通、暗，获取一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码，这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械地点决定的，它不受停电、搅乱的影响。增量式编码器每次只好返展转子的相对地点。增量型只好测角位移(间接为角速度)增量，从前一个时辰为基点。光电式增量式编码器(旋转型)由一其中心有轴的光电标准文档适用文案码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获取四组正弦波信号组合成A、B、C、D，每个正弦波相差90度相位差(有关

7、于一个周波为360度)，将C、信号反向，叠加在A、B两相上，可加强坚固信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参照位。因为A、B两相脉冲信号相差90度，可经过比较A相在前仍是B相在前，以鉴别编码器的正转与反转，经过零位脉冲，可获取编码器的零位参照位。编码器以每旋转360度供给多少的通或暗刻线称为分辨率，也称分析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。光学增量式编码器和磁性增量式编码器，输出信号信息基本上相同的。光学编码器的主要长处是对湿润气体和污染敏感，但靠谱性差，而磁性编码器不易受灰尘和结露影响，同时其构造简单紧凑，可高速运行，响应速度快(达500700kHz)，体积比光学式编码器

8、小，而成本更低【28】。本系统采纳的是旋转式增量磁性编码器，其适应标准文档适用文案环境能力强，响应速度快，特别适用于在高速旋转运动中检测电动机的速度和地点。22沟通永磁同步电机的数学模型正弦波PMSM定子与一般的电励磁的三相同步电机是基真相同的，并且反电动势也是正弦波，那么其数学模型和电励磁的三相同步电机也是相同的。在定子通三相绕组刹时电流，如图23所示。三相定子绕组流过均衡电流分别为ia，ib，ic，在空间上互差120。，刹时电流表达式以下：(21)式中Im为电流最大值。标准文档适用文案图23三相刹时电流图图2-4对称三线绕组电机的三相对称绕组如图24所示，在定子静止三相坐标系下，成立电机的

9、定子标准文档适用文案2-2）式2-2中，、甜。是定子三相绕组相电压；o、是定子三相绕组相电流；鲴，(pb，鲈是三相定子绕组的磁链；r是定子三相绕组阻抗。磁链方程为29】：（2-3）标准文档适用文案式23中乞，厶，三c分别是三相绕组的自感；厶=厶。，k=乞，k=k分别是两相绕组间的互感；纷是永磁转子的磁链，秒=rot+岛是转子与三相静止坐标系a轴的夹角，皖为转子的初始地点。为了简化分析，现作以下假设：电机铁磁部分的磁路为线性，不计饱和，剩磁，磁滞和涡流的影响；定子三相绕组对称且为集中式绕组；忽视电枢反响对气隙磁场的影响；这样即可使各相绕组的自感和互感与转子的地点角没关，且永磁同步电机的三相绕组是

10、对称散布，星形联接，则厶=厶=t=三，k=k=z-aac=乞=k=k=M，三和M都为常量，乞+之=0，由此整理磁链方程以下：标准文档适用文案（2-4）（2-5）标准文档适用文案2-6）式25中国是同步角速度。依据三相绕组的感觉电动势方程25可得出，每相绕组的感觉电动势ea、巳是时变的，相同三相对称电流都也是时变的，因此系统的输出转矩时变并且各个参数耦合亲近，使整个系统的转矩控制复杂实现困难。沟通电机的矢量控制理论提出，是电机控制理论的第一次质的飞奔，使得沟通电机的控制跟直流电机控制相同简单，并且能获取较好的动向性能。矢量控制基本思想是：在转子磁场定向坐标上，将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流重

11、量和产生转矩的转矩电流重量，并使两个重量互相垂直和独立，这样就能够分开调理，标准文档适用文案实现了沟通电机控制的解耦【30I，此旋转坐标系也称为d-q坐标系，d轴固定在转子磁势轴线上，q轴位于d轴逆时针方向旋转90。的电角度上，图25是极对数为2的旋转坐标系。其他，定子绕组中的三相电流就能够经过一个空间矢量电流来表示，表达式以下：2-7）式中o、之三相电流的有效值为I、角频次为彩的，则表达式27能够化简成：标准文档适用文案2-8）这样i就能够看作是一个以角速度缈旋转的矢量，如图25所示。图25旋转坐标系标准文档适用文案图26静止坐标系一旋转坐标系假如要把定子绕组中的三相电流变换到d-q坐标系上

12、，达成输出转矩控制。第一，要把三相沟通电流所在的三相静止坐标系变换到两相静止的坐标系口一。在固定的定子上成立口一轴坐标系，口轴与a相重合，口轴逆时针旋转90。为轴，变换到两相静止坐标系的表达式以下：标准文档适用文案2-9）在PMSM系统中，定子绕组采纳Y型连结，则o=0。而后，再由静止的口一轴坐标系变换到d-q坐标系，如图26所示，转换表达式为：（2-10）式中目是两个坐标系的夹角。依据式210推导，能够得出d-q坐标系和三相静止坐标系之间的变换关系以下：标准文档适用文案（2-11）坐标变换关于电压矢量仍旧适用，由三相静止坐标系变换到d-q轴坐标系后，定子电压方程表达式为：2-12）式212中

13、，为交、直轴阻抗；、乞为定子电流矢量f的直轴、交轴重量；P微分算子；、交、直轴磁链。标准文档适用文案沟通永磁伺服电机定子磁链方程为：12-13）式2-13中，盼为转子永磁体产生的磁链；厶、厶为电动机的交、直轴电感；把定子磁锛方程代入定子申压方稗得：2-14）经过坐标变换后，电机的转矩方程能够表示为：标准文档适用文案2-15）将磁链方程代入后得：2-16）式216中n是极对数5在转子参照坐标中，若取d轴为虚袖取q轴为实轴，则在这个复平面内，可将定子电流空间矢量f表示为：标准文档适用文案（2-17）与q轴的夹角为盯，则：（2-18）综上整理转矩方程得：标准文档适用文案2-19）仃角实质上是定子三相绕组合成旋转磁场的轴线与转子磁场轴线间夹角。在上式中，括号内第一项就是由这两磁场互相作用所产生的电磁转矩，如图27中曲线l所示；括号内第二项称为磁阻转短(曲线