《軌道交通電機(jī)及電氣控制技術(shù)》 課件 2.3永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)主講教師：XXX永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)（PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM）出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代。永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理與普通電勵(lì)磁同步電機(jī)相同，但它以永磁體勵(lì)磁替代勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，同時(shí)還省去容易出現(xiàn)問(wèn)題的集電環(huán)和電刷，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。由于無(wú)需勵(lì)磁電流，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。1.永磁同步電機(jī)簡(jiǎn)介永磁同步電機(jī)如圖所示，永磁同步電機(jī)主要部分為：轉(zhuǎn)子、定子、端蓋等部件。2.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)PMSM的定子主要指定子繞組和定子鐵芯兩部分。定子繞組目前有分布式和集中式兩種結(jié)構(gòu)。分布式繞組與異步電動(dòng)機(jī)的定子多相交流繞組相似，一般希望分布在定子槽中的定子繞組產(chǎn)生的理想磁通勢(shì)為正弦波，然而實(shí)際繞組不會(huì)產(chǎn)生理想的正弦波。定義每極每相繞組槽數(shù)q=Z/(2*np*m)，Z為定子槽數(shù)，np為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，m為電動(dòng)機(jī)定子繞組相數(shù)。2.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)PMSM的轉(zhuǎn)子主要包括永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸承等。傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)安裝有籠型繞組，現(xiàn)代變頻調(diào)速用永磁同步電動(dòng)機(jī)通常不會(huì)安裝轉(zhuǎn)子繞組。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子鐵芯中的位置可以劃分為表面式與內(nèi)置式PMSM。表面式PMSM又可以劃分為表貼式與插入式兩種結(jié)構(gòu)。見(jiàn)下圖3、圖4、圖5所示。2.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖3表面式與內(nèi)置式PMSM永磁同步電機(jī)PMSM的轉(zhuǎn)子主要包括永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸承等。傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)安裝有籠型繞組，現(xiàn)代變頻調(diào)速用永磁同步電動(dòng)機(jī)通常不會(huì)安裝轉(zhuǎn)子繞組。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子鐵芯中的位置可以劃分為表面式與內(nèi)置式PMSM。表面式PMSM又可以劃分為表貼式與插入式兩種結(jié)構(gòu)。見(jiàn)下圖3、圖4、圖5所示。2.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖4表貼式PMSM永磁同步電機(jī)PMSM的轉(zhuǎn)子主要包括永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸承等。傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)安裝有籠型繞組，現(xiàn)代變頻調(diào)速用永磁同步電動(dòng)機(jī)通常不會(huì)安裝轉(zhuǎn)子繞組。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子鐵芯中的位置可以劃分為表面式與內(nèi)置式PMSM。表面式PMSM又可以劃分為表貼式與插入式兩種結(jié)構(gòu)。見(jiàn)下圖3、圖4、圖5所示。2.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖5內(nèi)置式PMSM永磁同步電機(jī)在較大的電機(jī)用得較多是在轉(zhuǎn)子內(nèi)部嵌入永磁體，稱為內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子（或稱為內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子或內(nèi)嵌式永磁轉(zhuǎn)子），永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，鐵芯內(nèi)開(kāi)有安裝永磁體的槽，永磁體的布置主要方式見(jiàn)圖6。在每一種形式中又有采用多層永磁體進(jìn)行組合的方式。2.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖6內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子的形式永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)和永磁體磁場(chǎng)的相互作用。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)三相電流通入永磁同步電機(jī)定子的三相對(duì)稱繞組中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)幅值大小不變的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子上的永磁體磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)或者阻礙電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。3.永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)1.定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在永磁同步電機(jī)中，定子繞組通常分布在定子鐵芯上。當(dāng)三相交流電流通過(guò)定子繞組時(shí)，會(huì)在繞組周圍產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與電流的頻率成正比，與電機(jī)的極對(duì)數(shù)成反比。3.永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)2.轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝有永磁體材料，這些永磁體向外產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)恒定磁場(chǎng)會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。3.永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)相互作用當(dāng)定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的恒定磁場(chǎng)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩。這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩的大小取決于兩個(gè)磁場(chǎng)的相對(duì)位置和強(qiáng)度。如果旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)滯后于恒定磁場(chǎng)，那么產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，從而使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；相反，如果旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)超前于恒定磁場(chǎng)，那么產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，推動(dòng)轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)動(dòng)。3.永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)控制器精確控制電流和轉(zhuǎn)速為了實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的精確控制，通常需要使用一個(gè)高精度控制器?？刂破骺梢愿鶕?jù)傳感器反饋信息調(diào)整電流對(duì)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。通過(guò)調(diào)整三相交流電的幅值、頻率和相位等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。3.永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)具有高效率、高功率密度、高精度控制等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)相比，它在許多方面都表現(xiàn)出更優(yōu)越的性能。因此，永磁同步電機(jī)被廣泛應(yīng)用于需要大功率、高