永磁同步电机的工作原理

第一篇：永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁同步电机在现在应用及其广泛。和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式〔鼠笼式异步电机〕绕线式异步电动机。永磁同步电机的工作原理如下：

永磁同步电机主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

永磁同步电机的载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

永磁同步电机的切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

永磁同步电机交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

永磁同步电机的交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

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第二篇：同步电机的工作原理

同步电机的工作原理

同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。工作原理

◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

第三篇：永磁吸盘的工作原理

一、永磁吸盘介绍：

永磁吸盘又名磁力吸盘或永磁起重器，是机械厂，模具厂，锻造厂，炼钢厂，造船厂等等使用钢材场所的必备搬运工具，可以大大提高块状，圆柱状，板材，不规则导磁性钢铁材料的搬运效率。永磁吸盘是以高性能的稀土材料钕铁硼（N>40）为内核，通过手扳动吸盘手柄转动，从而改变吸盘内部钕铁硼的磁力系统，达到对需要搬运的工件的吸持或释放。

二、永磁吸盘的原理：

永磁吸盘是利用磁通的连续性原理及磁场的叠加原理设计的，永磁吸盘的磁路设计成多个磁系，通过磁系的相对运动，实现工作磁极面上磁场强度的相加或相消，从而达到吸持和卸载的目的。

图1 永磁吸盘工作原理图

其工作原理如图1所示，当永磁吸盘磁极处于图（a）状态时，磁力线从磁体的N极出来，通过磁轭，经过铁磁性工件，再回到磁轭进入磁体的S极。这样，就能把工件牢牢地吸在永磁吸盘的工作极面上。当磁极处于图（b）状态时，磁力线不到永磁吸盘的工作极面，就在永磁吸盘内部组成磁路的闭合回路，几乎没有磁力线从永磁吸盘的工作极面上出来，所以对工件不会产生吸力，就能顺利实现卸载。

三、永磁吸盘的设计： 1.永磁吸盘磁系及磁轭

设计永磁吸盘时，首先应精心设计磁路，良好的磁路结构可以尽量让更多的磁通量聚集在工作表面中去，满足起重重量的要求，而且可以尽量少用钕铁硼材料。同时，设计磁路时还应仔细考虑操作者较易实现工作卸载。解决永磁吸盘吸力很大，扳动手柄困难等技术难点。永磁吸盘的磁路设计有2个磁系，磁系分为活动的和固定的两部分。改变活动磁系状态，使工作极面分别处于磁场叠加或产生反向磁场，磁场被抵消的状态。同时，在永磁回路中，为减少磁阻，增大工作极面关键部位的磁通密度，采用了一些软磁材料作为磁轭。2.永磁吸盘的工作点选择 由于起吊的工件各式各样，因此，永磁吸盘工作极面与工件表面的气隙距离是变化的，其磁路是动态磁路。如图2所示：

图2 钕铁硼永磁体的回复曲线及工作点示意图

永磁体的工作状态变化是在回复曲线（AD）上变化。当永磁吸盘处于开路状态时，永磁体的工作点以退磁曲线上A点表示；当永磁吸盘的工作极面与工件完全无缝隙接合时，其工作点为D点，此时，永磁体的磁通全部通过工件。在永磁吸盘靠近工件表面过程中，永磁体的工作状态从A点沿箭头到D点；反过来，永磁吸盘远离工件，永磁体的工作状态从D点沿箭头到A点。由于这2条曲线很接近，可近似地以直线AD来代替。OA为永磁体的工作负载线。有用回复能（Erec）是永磁体工作点中的有用磁通密度B和退磁场强度H的乘积（Erec=B×H）。即图2中剖面线区域EFGC的面积。E点位永磁体的工作点，设计时应使E点接近回复曲线AD的中点，以使A为起始点的有用回复能最大。

四、永磁吸盘的特点：

1）永磁吸盘 采用高性能永磁材料钕铁硼（Nd-Fe-B）为产品内核，使产品体积更小，起重吊装力更强，且磁力恒久不衰。

2）永磁吸盘 具备最高大额定起重力3.5倍的安全系数。3）永磁吸盘 底面“V”型槽设计，可起吊相对应的圆钢、钢板。4）永磁吸盘 不用电即可使用，省去供电麻烦。5）永磁吸盘 优化的磁路设计，使剩磁几乎为零。6）永磁吸盘 专业设计的外观造型使产品更加美观。

五、永磁吸盘使用方法：

1.将工件摆放到吸盘工作台面上,然后将扳手插入轴孔内沿顺时针方向转动180到”ON”,即可吸住工件进行加工。

2.工件加工完毕,再将扳手插入轴孔内沿逆时针转动180到”OFF”,即可取下工件。

六、永磁吸盘维护和保养：

1.吸盘使用前应擦干净表面以免划伤影响精度。

2.使用环境温度在-40℃—50℃,严禁敲击,以防磁力降低。3用完后工作面涂防锈油,以防锈蚀。

第四篇：永磁同步电机矢量控制仿真实验总结

永磁同步电机矢量控制实验总结

矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke 提出。其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交的交流分量转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机，大大提高了调速的动态性能。随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（PMSM）成为近年来发展较快的一种电机。它具有气隙磁密度高、转矩脉动小、转矩/ 惯量比大的优点，与传统的异步电机相比，节能效果明显、效率高、结构轻型化、维护容易、运行稳定、可靠性高、输出转矩大，得到了越来越广泛的应用和重视，是目前交流伺服系统中的主流电机。永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，运行方式由电机电磁转矩符号决定（为正则是电动机状态，为负则是发电机状态）。对永磁同步电机模型作如下假设：不考虑铁心饱和，忽略端部效应；涡流损耗、磁滞损耗忽略不计；定子三相电流产生的空间磁势及永磁转子的磁通分布呈正弦波形状，忽略磁场的高次谐波；不考虑转子磁场的突极效应；永磁材料的电导率为零，永磁体的磁场恒定不变。运用坐标变换理论，可以得到在同步旋转的两相坐标系下（d-q）的永磁同步电机的数学模型。

电压方程为：

udRidPdq

uqRiqPqd

定子磁链方程为：

dLdidf

qLqiq

电磁转矩方程为：

Tenp(iqdidq)

式中：ud、uq、id、iq、d、q分别为d-q 轴上的定子电压、电流和磁链分量；R 为电机定子绕组电阻；Ld和Lq分别为永磁同步电机d-q 轴上的电感；f为永磁体在定子上产生的耦合磁链；ω 为d-q 坐标系的旋转角频率；Te为电机电磁转矩；np为磁极对数；p 为微分算子。空间电压矢量PWM 控制方法

空间矢量PWM（SVPWM）是近年来的一个研究热点。采用SVPWM 设计逆变器，可以大大减少开关动作次数，并且有利于数字化实现。空间矢量（SVPWM）法也称为磁链追踪型PWM 法或磁通正弦PWM 法，磁链追踪型PWM 法从电动机的角度出发的，着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形旋转磁场。空间矢量法是一种无反馈型工作模式，它是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准，用逆变器不同的工作模式所产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，由追踪的结果决定变频器的开关模式，形成PWM波。空间矢量法是目前国际上比较先进的变频调速控制模式，由于其供给电动机的是理想磁链圆，因此，电压谐波分量少，转矩脉动小，电动机工作比其他方式更平稳，噪音更低，同时也提高了电动机的工作效率及电源电压的利用效率。

三相逆变器的6只开关管可形成8 种基本的电压空间矢量，它包括6 个有效电压空间矢量V1~V6和2个零电压空间矢量V0、V7。PMSM 矢量变换控制方法

由其数学模型可知，永磁同步电机是一个非线性的控制对象，且d 轴电流分量id和q 轴电流分量iq之间存在耦合，为使永磁同步电机具有和直流电机一样的控制性能，通常采用id=0 的线性化解耦控制，即始终控制定子电流矢量位于q 轴上，和转子磁链矢量正交。

Tenpfiq

式中：f为一个恒定的值，只要保证定子电流与d轴垂直，就可以通过q轴电流分量iq快速控制电磁转矩，达到与直流电机同样的控制性能。

矢量控制的基本思想是将交流电机模拟成直流电机的控制规律进行控制。首先，通过电机轴上安装的编码器检测出转子的位置，并将其转换成电角度和转速，给定转速和反馈转速的偏差经过速度PI调节器计算得到定子电流参考输入iq*。定子相电流ia和ib通过相电流检测电路被提取出来，然后用Clarke变换将它们转换到定子两相坐标系中，使用Park 变换再将它们转换到d、q 旋转坐标系中。坐标系中的电流信号再与它们的参考输入id*和iq*相比较，其中id*=0，通过电流PI 控制器获得理想的控制量。控制信号再通过Park 逆变换，经过SVPWM产生6路PWM 信号并经逆变器控制电机转速和转矩。PMSM 矢量控制系统仿真

MATLAB下的Simulink和SimpowerSystems包括各种功能模块，容易实现永磁同步电机矢量控制系统的仿真建模，直观而且无需编程，使系统设计从方案论证到硬件设计更为便捷，大大缩短了系统设计的时间。在Matlab7.0的Simulink环境下，搭建了采用iq=0的矢量控制双闭环系统仿真模型。PMSM系统建模仿真的整体结构包括PMSM本体和三相电压型逆变器模块（Simulink的SimpowerSystems库中已提供）、坐标变换模块以及SVPWM生成模块，按照转子磁场定向原理搭建的PMSM 控制系统模型如图1所示。

图1 PMSM控制系统仿真模型

其中SVPWM 的算法分析及仿真系统如下。

扇区号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ重新定义为Ⅲ、Ⅰ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ后，根据下式计算扇区号N。

Nsign(V)2sign(Vsin60)Vsin304sign(Vsin60Vsin30)

为了便于SVPWM 算法的实现，定义如下变量：

X3VT/VDC

Y(33VV)T/VDC 2233VV)T/VDC 22Z(对于不同的扇区T1、T2，按表1 取值。

在仿真程序中，T1、T2 赋值后还要对其进行饱和判断，为了防止T1+T2>T 而发生饱和，设定若饱和发生则：

t1t2t1TPWM

t1t2t2TPWM

t1t2在一般的情况下，T1+T2

Ta(TT1T2)/4

TbTaT1/2 TcTbT1/2

则在不同的扇区内根据表2 对微控制器或数字信号处理器的比较寄存器Tcm1、Tcm2、Tcm3进行赋值，就可得到所需的电压空间矢量脉宽调制波形。

将上述模块连接生成SVPWM 整体模型，如图2 所示。

图2 SVPWM整体仿真模型 仿真结果及分析

仿真算法使用Matlab7.0 中Simulink 环境下的Variable-step，最大步长设为1e-6。给定PWM 周期TPWM = 0.1ms，逆变器直流母线电压400 V，PMSM 电机参数设置为：电机功率P = 1.2 kW，定子相绕组电阻R=2.875Ω，定子d、q 相绕组电感Ld=Lq=8.5 mH，转动惯量J=0.008 kg·m2，极对数p=4。在t=0时刻，给电机加负载转矩T=0起动，给定转速为600 rad/s；在t=0.05时刻，给定转速变为1000rad/s;在t=0.1时刻，负载转矩T=2N·m，仿真时间为0.2s。图3-给出了仿真实验波形。

图3 三相电流波形

图4 转速波形

图5 转矩波形

6.结论

本实验介绍了永磁同步电机（PMSM）矢量控制系统的结构、空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理及实现方法，并在MATLAB 环境下应用Simulink 及SimPower Systems 工具箱建立了系统的速度和电流双闭环模型，进行了实验仿真，仿真结果表明：永磁同步电机矢量控制系统具有较好的动态响应特性和速度控制特性，有效的验证了id=0 控制算法，为永磁同步电机控制系统的分析、设计和调试提供了理论基础。

第五篇：2013年高效高压永磁同步电机节能技术鉴定会

2013年高效高压永磁同步电机节能技术鉴定会

9月17日，工业和信息化部在太原组织召开了高效高压永磁同步电动机节能技术鉴定会，邀请国家稀土永磁电机工程技术研究所中心主任唐任远院士、上海电科所金惟伟所长、天津大学王晓远院长等多位国内电机领域知名专家组成鉴定委员会，工信部科技司副司长韩俊、节能司副司长高东升、省经信委总工程师杨永辉、节能处处长张占祥、省发展改革委、省科技厅、省国防科工办等参加了会议。（莱普乐注塑机节能改造网）

山西北方机械制造有限责任公司隶属于中国兵器一机集团，高效高压永磁同步电动机是该公司响应国家节能减排号召，推进军工技术民用化，于2008年开始着力研制开发的工业节能产品，在磁场分析匹配、降低损耗、优化热平衡和动平衡等方面取得了重大突破，并于2012年7月通过山西省科技厅组织的成果鉴定，具有效率高、节电率高、安全本质度高及温度低、噪音低、维护成本低等特点。目前已完成33种机型的设计，获得各项专利授权8项。样机先后在首钢、大唐国电张家口电厂等十多家单位试用，反映良好。

为推动高效电机开发和推广应用，全面提高电机能效水平，工信部在今年开始组织实施了《电机能效提升计划（2013-2015年）》，节能司高东升副司长作了总结讲话，提出三点要求：一是兵器工业集团公司和山西北方机械公司要认真按照专家组提出的意见完善技术、优化方案，同时迅速地对潜在的、现实的用户及行业提出方案，加大推荐力度，把技术转化为用户单位改造提升的现实需求。工信部和山西省经信委将把推广这项技术作为实施电机能效提升计划的一项重要措施。二是山西北方机械公司在加强技术开发的同时，要把市场推广作为当前及今后一段时期最重要的任务，创新商业模式，在最短的时间内把用户的需求变为现实的市场拉动力。第三，电机用户单位应做国内节能技术的促进派，支持国内企业自主创新。节能投资是有效益的，电机用户在满足技术要求的条件下，要多算经济帐，可采用与租赁公司、合同能源管理公司、银行合作及买方信贷等多种模式，共同促进我国电机能效水平的提升。