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永磁同步电机工作原理会计学第1页/共51页 PMSM和BLDC电机的特点优点 （1）功率密度大； （2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转 子磁场提供）； （3）效率高（不需要励磁，绕组损耗小）； （4）结构紧凑、体积小、重量轻，维护简 单； （5）内埋式交直轴电抗不同，产生结构转 矩，弱磁性能好，表面贴装式弱磁性 能较差。第2页/共51页 PMSM和BLDC电机的特点缺点 （1）价格较高； （2）弱磁能力低； （3）起动困难，高速制动时电势高，给 逆变器带来一定的风险； （4）他控式同步电机有失步和震荡的可 能性。第3页/共51页PMSM和BLDC电机的应用范围软、硬磁盘驱动器、录像机磁鼓（视频磁头）和磁带伺服系统 体积小、容量小、控制精度高机床、机器人等数控系统 快速性好、定位（速度和位置）精度高、起动转矩大、过载能力强第4页/共51页PMSM和BLDC电机的应用范围交通运输 电动自行车、电动汽车、混合动力车、 城轨车辆、机车牵引家用电器 冰箱、空调等（单位体积功率密度高、 体积小）bbrgrg⊕ANYZ⊙⊙S⊕⊕CB⊙X第5页/共51页PMSM和BLDC电机的结构模拟结构图转子磁铁定子绕组 霍尔传感器 第6页/共51页PMSM和BLDC电机的结构实物结构图第7页/共51页PMSM和BLDC电机的结构定子 定子绕组一般制成多相（三、四、五相不等），通常为三相绕组。三相绕组沿定子铁心对称分布，在空间互差120度电角度，通入三相交流电时，产生旋转磁场。第8页/共51页PMSM和BLDC电机的结构转子 转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作 为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。 第9页/共51页PMSM和BLDC电机的结构PMSM按转子永磁体的结构可分为两种（1）表面贴装式（SM-PMSM）直交轴电感Ld和Lq相同气隙较大，弱磁能力小，扩速能力受到限制第10页/共51页PMSM和BLDC电机的结构（2）内埋式（IPMSM）交直轴电感:LqLd气隙较小，有较好的弱磁能力第11页/共51页PMSM和BLDC电机的结构无刷直流电机永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电动 势亦是交流梯形波定子绕组为Y或 联结三相整距绕组由于气隙较大，故电枢反应很小 第12页/共51页PMSM和BLDC电机的结构正弦波永磁同步电机永磁体表面设计成抛物线，极弧大体为 120度定子绕组为短距、分布绕组定子由正弦波脉宽调制（SVPWM）的电压型逆变其供电，三相电流为正弦或准正弦波 第13页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理PMSM的数学模型 为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进 行线性变换，实现电机数学模型的解耦 。：定子电压：定子电流：定子磁链矢量：转子磁链矢量：转子角位置：电机转矩角：定子三相静止坐标系：定子两相静止坐标系：转子两相坐标系第14页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理假设： 1)忽略电动机铁心的饱和； 2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 3)转子无阻尼绕组。 永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学模型可以表达如下：定子电压：定子磁链：电磁转矩：第15页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理永磁同步电动机在 标系中的数学模型可以表达如下：定子电流：定子磁链：电磁转矩：第16页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模型可以表达如下：定子电压：定子磁链：电磁转矩：第17页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理BLDC电机控制方式（1）两两通电方式每一瞬间有两个功率开关导通，每隔60度换相一次，每次换相一个功率开关，每个功率开关导通120度电角度。导通顺序为全控桥两两通电电路原理图第18页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理将三只霍尔集成电路按相位差120度安装，产生波形如图所示。 导通时合成转矩 导通是合成转矩c)两两通电时合成转矩Y联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图第19页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理（2）三三通电方式每一瞬间有三个功率开关导通，每隔60度换相一次，每个功率开关导通180度电角度。导通顺序为Y联结三三通电方式的控制原理图第20页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理Y联结三三通电方式相电压和线电压波形 导通时合成转矩 导通是合成转矩c)三三通电时合成转矩 三三通电时的合成转矩矢量图第21页/共51页PMSM和BLDC电机的工作原理（3）BLDC电机运行性能和传递函数BLDC电机稳定运行机械特性方程：电机转速（r/min）；：电源电压（V）；：功率开关压降