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永磁同步電機(jī)工作原理圖解



我們都知道每個(gè)電機(jī)的產(chǎn)品原理，都是不一樣的，且理解難度也有所不同。今天，小編就帶你進(jìn)入了解永磁同步電機(jī)工作原理，附帶原理圖哦。

永磁同步電機(jī)工作原理
 
當(dāng)三相電流通入永磁同步電機(jī)定子的三相對稱繞組中時(shí)，電流產(chǎn)生的磁動勢合成一個(gè)幅值大小不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢。由于其幅值大小不變，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動勢的軌跡便形成一個(gè)圓，稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。其大小正好為單相磁動勢最大幅值的1.5倍，即式中，F(xiàn)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，(T?m)；Fφl為單相磁動勢的最大幅值，(T?m)；k為基波繞組系數(shù)；p為電機(jī)極對數(shù)；N為每一線圈的串聯(lián)匝數(shù)；I為線圈中流過電流的有效值，A由于永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子主磁場和定子圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場保持相對靜止。兩個(gè)磁場相互作用，在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中形成一個(gè)合成磁場，它與轉(zhuǎn)子主磁場發(fā)生相互作用，產(chǎn)生了一個(gè)推動或者阻礙電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩Te，即式中，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，(N?m)；0為功率角，rad；BR為轉(zhuǎn)子主磁場，T；Bnet為氣隙合成磁場，T。

由于氣隙合成磁場與轉(zhuǎn)子主磁場位置關(guān)系的不同，永磁同步電機(jī)既可以運(yùn)行于電動機(jī)狀態(tài)也可以運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，永磁同步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。當(dāng)氣隙合成磁場滯后于轉(zhuǎn)子主磁場時(shí)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，這時(shí)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；相反，當(dāng)氣隙合成磁場超前于轉(zhuǎn)子主磁場時(shí)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，這時(shí)電機(jī)處于電動狀態(tài)。轉(zhuǎn)子主磁場與氣隙合成磁場之間的夾角稱為功率角。 
 
永磁同步電機(jī)由兩個(gè)關(guān)鍵部件組成，即一個(gè)多極化永磁轉(zhuǎn)子和帶有適當(dāng)設(shè)計(jì)繞組的定子。在操作過程中，旋轉(zhuǎn)的多極化永磁轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子與定子的氣隙形成一個(gè)隨時(shí)間變化的磁通。這個(gè)通量在定子繞組端子上產(chǎn)生交流電壓，從而形成用于發(fā)電的基礎(chǔ)。在此處所討論的永磁同步電機(jī)使用一個(gè)安裝在鐵磁芯上的環(huán)形永磁鐵。內(nèi)部永磁同步電機(jī)不在這里考慮。因磁鐵嵌入到一個(gè)電鍍的鐵磁芯內(nèi)是非常困難的，通過使用適當(dāng)厚度的磁鐵（500μm）以及在轉(zhuǎn)子和定子鐵芯的高性能磁材料，氣隙可以做得非常大（300~500μm）而沒有明顯的性能損失，這使得定子繞組在氣隙中占據(jù)一定的空間，從而大大簡化了永磁同步電動機(jī)的制造。

永磁同步電機(jī)工作原理圖解

PMSM（permanent magnet synchronous motor）實(shí)際工作是一種交流電機(jī)，其定子運(yùn)行是三項(xiàng)的相差 的交流電，而轉(zhuǎn)子則是永磁體。但是這種電機(jī)最大的優(yōu)勢就是交流電能量由直流提供，這樣就可以對電機(jī)進(jìn)行精確的控制，而且解決了電刷帶來的壽命問題。
下面對其工作原理進(jìn)行簡單的介紹，如圖 1，定子的工作電流都為正弦波，而且其三項(xiàng)在任何時(shí)候相加都為零，所以PMSM中三項(xiàng)繞組實(shí)際上沒有中線的，其在電機(jī)中示例繞線方法如圖 2，所以實(shí)際上在PMSM中XYZ是連接在一個(gè)點(diǎn)的。


永磁同步電機(jī)工作原理圖解

圖 1 PMSM轉(zhuǎn)子電流
 
從繞線的圖 2中不難看出，實(shí)際的電流方向產(chǎn)生的磁場是和轉(zhuǎn)子磁場在同一個(gè)平面，這也就是PMSM控制的基本需要和基本方法。從圖中也不難看出，實(shí)際在A相產(chǎn)生的磁場在開始是需要與轉(zhuǎn)子磁極的D軸方向相反（可以相差一個(gè)確定的角度，軟件實(shí)現(xiàn)），確切的說應(yīng)該是必須知道轉(zhuǎn)子的D軸的位置。這個(gè)問題實(shí)際在控制中是開始的定向問題，在這里簡單的介紹一下方法：如果位置傳感器是絕對碼盤或者旋變，則可根據(jù)絕對位置處理，如果是增量碼盤，則需要開始的一個(gè)UVW的大概位置估算。
 
除此之外，這里還需要明白幾個(gè)原理性的問題，這里啰嗦一下：很多人從事這一塊的研發(fā)在知道怎么處理整個(gè)系統(tǒng)的過程而實(shí)際上是對整個(gè)基礎(chǔ)原理模糊的，這也就是很多國人做研發(fā)的通病，只知道怎么做，從來不知道為什么這么做以致永遠(yuǎn)只是模仿而不可能創(chuàng)新或者改進(jìn)。言歸正傳，首先我們知道在控制過程中需要檢測電流，然后進(jìn)行clarke和park變換，從而出現(xiàn)了電流方向問題，人家這么說是為了方便，而實(shí)際上上這里的電流方向不是電流方向，而是電流產(chǎn)生的電磁場方向（這是因?yàn)殡姶艌龅拇笮∨c產(chǎn)生它的電流方向成正比的）。

然后研究一下電壓的概念，繞組電壓是比電流相位超前 的，而很多我們需要的結(jié)果是與電壓成一定簡單關(guān)系的，這是因?yàn)殡妷菏菆隽?，而電流不是。根本上沒有電壓這個(gè)東西，它只是間接反應(yīng)電流的一種我們定義出來的表達(dá)方式，所以它的變化影響電流，而電流的變化會在場的方面反應(yīng)在電壓上。

比如前面討論的問題，在電機(jī)初始的時(shí)候，A相電流是零，這是因?yàn)樵诶@組上電流不能突變，而這個(gè)時(shí)候電壓是最大，反應(yīng)了實(shí)際我們是需要加在繞組上最大的我們需要的一個(gè)量（電流）。這里描述的有些晦澀，但是物理這個(gè)自然界基本規(guī)律實(shí)際就是這么反應(yīng)的，希望讀我文章的讀者能自己仔細(xì)揣摩，反應(yīng)一個(gè)自然界的問題（都上升到哲學(xué)問題了）。

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