1、關(guān)于永磁同步電機(jī)工作原理第一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 PMSM和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) （1）功率密度大； （2）功率因數(shù)高（氣隙磁場(chǎng)主要或全部由轉(zhuǎn) 子磁場(chǎng)提供）； （3）效率高（不需要?jiǎng)?lì)磁，繞組損耗小）； （4）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，維護(hù)簡(jiǎn) 單； （5）內(nèi)埋式交直軸電抗不同，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 矩，弱磁性能好，表面貼裝式弱磁性 能較差。第二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月缺點(diǎn) （1）價(jià)格較高； （2）弱磁能力低； （3）起動(dòng)困難，高速制動(dòng)時(shí)電勢(shì)高，給 逆變器帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)； （4）他控式同步電機(jī)有失步和震蕩的可 能性。 PMSM和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)第三張，PPT共五十

2、一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PMSM和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍軟、硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、錄像機(jī)磁鼓（視頻磁頭）和磁帶伺服系統(tǒng) 體積小、容量小、控制精度高機(jī)床、機(jī)器人等數(shù)控系統(tǒng) 快速性好、定位（速度和位置）精度高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)第四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月交通運(yùn)輸 電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)、 城軌車(chē)輛、機(jī)車(chē)牽引家用電器 冰箱、空調(diào)等（單位體積功率密度高、 體積小）PMSM和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍第五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月rrggbbNSACBZYX模擬結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 霍爾傳感器 定子繞組轉(zhuǎn)

3、子磁鐵實(shí)物結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月定子 定子繞組一般制成多相（三、四、五相不等），通常為三相繞組。三相繞組沿定子鐵心對(duì)稱(chēng)分布，在空間互差120度電角度，通入三相交流電時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子采用永磁體，目前主要以釹鐵硼作 為永磁材料。 采用永磁體簡(jiǎn)化了電機(jī)的 結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，又沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗， 提高電機(jī)的效率。 PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PMSM按轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)可分為兩種（1）表面貼裝式（SM-PMSM）直交軸

4、電感Ld和Lq相同氣隙較大，弱磁能力小，擴(kuò)速能力受到限制PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）內(nèi)埋式（IPMSM）交直軸電感:LqLd氣隙較小，有較好的弱磁能力PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月無(wú)刷直流電機(jī)永磁體的弧極為180度，永磁體產(chǎn)生的氣 隙磁場(chǎng)呈梯形波分布，線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)亦是交流梯形波定子繞組為Y或 聯(lián)結(jié)三相整距繞組由于氣隙較大，故電樞反應(yīng)很小 PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月正弦波永磁同步電機(jī)永磁體表面設(shè)計(jì)成拋物線，極弧大體為 120度定子繞組為短距、分

5、布繞組定子由正弦波脈寬調(diào)制（SVPWM）的電壓型逆變其供電，三相電流為正弦或準(zhǔn)正弦波 PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PMSM的數(shù)學(xué)模型：定子三相靜止坐標(biāo)系：定子兩相靜止坐標(biāo)系：轉(zhuǎn)子兩相坐標(biāo)系 為了簡(jiǎn)化和求解數(shù)學(xué)模型方程，運(yùn)用坐標(biāo)變換理論,通過(guò)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)定子三相靜止坐標(biāo)軸系的基本方程進(jìn) 行線性變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的解耦 。PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理：定子電壓：定子電流：定子磁鏈?zhǔn)噶浚恨D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚恨D(zhuǎn)子角位置：電機(jī)轉(zhuǎn)矩角第十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月假設(shè)： 1)忽略電動(dòng)機(jī)鐵心的飽和； 2)不計(jì)電動(dòng)機(jī)中的渦流和磁滯損耗； 3)

6、轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組。 永磁同步電動(dòng)機(jī)在三相定子參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月永磁同步電動(dòng)機(jī)在 標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電流：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月每一瞬間有兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，每隔60度換相一次，每次換相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)

7、導(dǎo)通120度電角度。導(dǎo)通順序?yàn)椋?）兩兩通電方式PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理BLDC電機(jī)控制方式全控橋兩兩通電電路原理圖第十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月將三只霍爾集成電路按相位差120度安裝，產(chǎn)生波形如圖所示。PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)兩兩通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩Y聯(lián)結(jié)繞組兩兩通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖第十九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月每一瞬間有三個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，每隔60度換相一次，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通180度電角度。導(dǎo)通順序?yàn)椋?）三三通電方式PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理Y聯(lián)結(jié)三三通電方式的控制原理圖第二十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)

8、作于2022年6月Y聯(lián)結(jié)三三通電方式相電壓和線電壓波形PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)三三通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 第二十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月BLDC電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)械特性方程（3）BLDC電機(jī)運(yùn)行性能和傳遞函數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；：電源電壓（V）；：功率開(kāi)關(guān)壓降（V）；：電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩平均（N.m）;：轉(zhuǎn)矩系數(shù)；：電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻（ ）。PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月BLDC電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性方程：電動(dòng)機(jī)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩；：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪力矩 （ ）， （

9、 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月BLDC電機(jī)傳遞函數(shù)：電動(dòng)勢(shì)傳遞系數(shù)，：轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)，：電磁時(shí)間常數(shù)，BLDC電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （1）開(kāi)環(huán)控制：u/f恒定 （2）閉環(huán)控制：矢量控制 （70年代）直接轉(zhuǎn)矩控制（80年代）永磁同步電機(jī)控制方式PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月定子電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流 和 ，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩 和實(shí)現(xiàn)弱磁控制。FOC中需要測(cè)量的量為：定子電流、轉(zhuǎn)子位置角

10、PMSM電機(jī)的FOC控制策略1、工作原理第二十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，控制精度高控制簡(jiǎn)單、具有直流電機(jī)的調(diào)速性能運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小2、FOC特點(diǎn) PMSM電機(jī)的FOC控制策略第二十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 控制 定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流成正比。 其性能類(lèi)似于直流電機(jī)，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩性能好，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等場(chǎng)合。電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低，電機(jī)和逆變器容量不能充分利用。3、FOC控制方式 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第

11、二十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 控制 控制交、直軸電流分量，保持PMSM的功率因數(shù)為1，在 條件下，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電流的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。 可以充分利用逆變器的容量。不足之處在于能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩較小。最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制 也稱(chēng)為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制（最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制）。 它是凸極PMSM用的較多的一種電流控制策略。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，逆變器輸出電流最小，可以減小電機(jī)的銅耗。 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第二十九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4、坐標(biāo)變換（1）Clarke（3s/2s）變換：三相繞組每相繞組匝數(shù)：兩相繞組每相繞組匝數(shù)各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)

12、與電流的乘積，其相關(guān)空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 軸上的投影都應(yīng)相等，因此 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月考慮變換前后總功率不變，可得匝數(shù)比應(yīng)為坐標(biāo)系變換矩陣：可得 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線，則有于是 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月兩個(gè)交流電流

13、 和兩個(gè)直流電流 ，產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)的合成磁動(dòng)勢(shì) 軸和矢量 都以轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)，分量 的長(zhǎng)短不變。 軸與 軸的夾角 隨時(shí)間變化（2）Park（2s/2r）變換 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月由圖可見(jiàn)， 和 之間存在下列關(guān)系坐標(biāo)系變換矩陣：寫(xiě)成矩陣的形式，得 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月由三組六個(gè)開(kāi)關(guān)（ ）組成。由于 與 、 與 、 與 之間互為反向，即一個(gè)接通，另一個(gè)斷開(kāi)，所以三組開(kāi)關(guān)有 種可能的開(kāi)關(guān)組合 PWM逆變器模型（3）電壓空間矢量 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十六張，PPT共五

14、十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月若規(guī)定三相負(fù)載的某一相與“+”極接通時(shí)，該相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為“1”態(tài)；反之，與“-”極接通時(shí)，為“0”態(tài)。則8種可能的開(kāi)關(guān)組合 逆變器7種不同的電壓狀態(tài)：電壓狀態(tài)“1”至“6”零電壓關(guān)狀態(tài)“0”和“7” PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月逆變器的輸出電壓 用空間電壓矢量來(lái)表示，依次表示為 逆變器非零電壓矢量輸出時(shí)的相電壓波形、幅值和電壓狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 電壓狀態(tài)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)均以6個(gè)狀態(tài)為一個(gè)周期，相電壓幅值為兩種： 和 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月把逆變器的7個(gè)輸出電壓狀態(tài)放入空

15、間平面內(nèi)，形成7個(gè)離散的電壓空間矢量。每?jī)蓚€(gè)工作電壓空間矢量在空間的位置相隔60角度，6個(gè)工作電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成正六邊形 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月選定定子坐標(biāo)系中的 軸與 矢量復(fù)平面的實(shí)軸 重合，則其三相物理量 的 矢量 為： 式中 復(fù)系數(shù)，旋轉(zhuǎn)因子，旋轉(zhuǎn)空間矢量 的某個(gè)時(shí)刻在某軸線 軸上的投影就是該時(shí)刻該相物理量的瞬時(shí)值。 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月若 三相負(fù)載的定子繞組接成星形，其輸出電壓的空間矢量 的 矢量變換表達(dá)式為 對(duì)于狀態(tài)“1” 時(shí)；可知?jiǎng)t PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十

16、一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電壓空間矢量的結(jié)論： 逆變器六個(gè)工作電壓狀態(tài)給出了六個(gè)不同方向的電壓空間矢量。它們周期性地順序出現(xiàn)，相鄰兩個(gè)矢量之間相差60度；電壓空間矢量的幅值不變，都等于 ，因此六個(gè)電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成了正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)；六個(gè)電壓空間矢量的順序如下，它們依次沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；零電壓狀態(tài)7位于六邊形中心。 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5、FOC基本方程SM-PMSM的電壓和磁鏈方程：定子相繞組：定子相繞組電感：定子相繞組互感：轉(zhuǎn)子電角度：轉(zhuǎn)子永磁磁鏈其中 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十三張，PPT共五十一頁(yè)

17、，創(chuàng)作于2022年6月說(shuō)明：交軸電流 和轉(zhuǎn)矩是線性關(guān)系，而直軸電流 對(duì)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有影響。 如果 為電機(jī)額定電流，當(dāng) 時(shí)產(chǎn) 生最大轉(zhuǎn)矩（ ）。磁鏈轉(zhuǎn)矩方程 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6、FOC的組成（1）SVPWM模塊。采用先進(jìn)的調(diào)制算法以 減少電流諧波、提高直流母線電壓 利用率；（2）電流讀取模塊。通過(guò)精密電阻或電 流傳感器測(cè)量定子電流； PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）轉(zhuǎn)子速度/位置反饋模塊。采用霍爾 傳感器或增量式光電編碼器來(lái)準(zhǔn)確 獲取轉(zhuǎn)子位置和角速度信息，也可 采用無(wú)傳感器檢測(cè)算法進(jìn)行測(cè)量

18、；（4）PID控制模塊；（5）Clark、Park及Reverse Park變換模 塊。 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7、FOC原理圖 PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）將電流讀取模塊測(cè)量的相電流 和 ， 經(jīng)過(guò)Clark變換將其從三相靜止坐標(biāo)系變 換到兩相靜止坐標(biāo)系 和 ；（2） 和 與轉(zhuǎn)子位置 結(jié)合，經(jīng)過(guò)Park變換 從兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 和 ；（3）轉(zhuǎn)子速度/位置反饋模塊將測(cè)量的轉(zhuǎn)子角 速度 與參考轉(zhuǎn)速 進(jìn)行比較，并通過(guò)PI 調(diào)節(jié)器產(chǎn)生交軸參考電流 ； PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（4）交、直軸參考電流 與實(shí)際反饋的交、 直軸電流 進(jìn)行比較，取直軸參考電流 為0。再經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)化為電壓 和 ；（5）電壓 和 與檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子角位置 相結(jié) 合進(jìn)行反Park變換，變換為兩相靜止坐標(biāo) 系的電壓 和 ；（6）電壓 和 經(jīng)過(guò)SVPWM模塊調(diào)制為六路開(kāi) 關(guān)信號(hào)從而控制三相逆變器的開(kāi)通與關(guān) 斷。 PMS