电力电子与现代控制 power electronic and modern control

电力电子与现代控制Power Electronic and Modern Control

中国科学院研究生院

一般结构同步电动机

结构特点和工作原理数学模型稳态特性动态特性

同步电动机的结构特点

N S

A-

B+

A+

C+

C-

B-

N

S

A+

B+

C+B-

A-

C-

凸极转子 (Salient Rotor) 同步电机

隐极转子 (Round Rotor) 同步电机

通常的同步电动机有两类1 凸极转子 (Salient Rotor) 同步电机（ LdneLq ）2 隐极转子 (Round Rotor) 同步电机（ Ld=Lq ）

Pole

DC excitationwinding

Fan

Sliprings

大型凸极水轮发电机的定子

大型凸极水轮发电机的转子

隐极转子结构

凸极转子结构

同步电动机的工作原理同步电动机的组成见左图所示定子 abc 三相对称绕组 as bs 和 cs 转子励磁绕组 fd 和等效 d 轴阻尼绕组 Dd 和等效 q轴阻尼绕组 Dq 励磁绕组所在的轴线称之 d 轴或横轴按逆时针方向超前 90 度电角度的轴线称之为 q 轴或交轴 d 轴和q 轴以同步角频率 ω1 在空间逆时针旋转定子三相绕组所在轴线 a 轴 b 轴和 c 轴在空间上静止不动 a 轴与 d 轴的夹角为

其中 θ0 为初始时刻 d 轴与 a 相轴线的夹角一般认为零 ωr 为转子旋转角频率同步旋转时等于 ω1

auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

Ddi

qi

DduNS

dtr 0

定子 abc 三相绕组的供电电压 Ua Ub 和 Uc 为三相对称交流电压转子励磁绕组供电电压为直流电压 d 轴和 q 轴阻尼绕组与异步电机的鼠笼条类似处于短路状态其供电电压为零稳态运行时 d 轴和 q 轴的旋转速度 ωr 与供电频率一致即同步角频率 ω1 此时定子三相绕组电流也为正弦对称系统其频率为 ω1=2πf1 转子励磁绕组的电流为恒定的直流 d轴和 q 轴阻尼绕组电流为零只有当转子旋转角频率 ωrne ω1 时 d 轴和 q 轴阻尼绕组电流才不为零

同步电机的空间位置关系

同步电动机的数学模型

相坐标系下的数学模型dq 坐标系下的数学模型

同步电动机在相坐标系下的数学模型

auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

Ddi

qi

DduNS

DqDqDqDq

DdDdDdDd

fdfdfdfd

ccc

bbb

aaa

piru

piru

piru

piru

piru

piru

0

0

1

1

1

Dq

Dd

fd

c

b

a

DqcDqbDqaDq

DdfDdcDdbDdaDd

fDdfdcfdbfdafd

cDqcDdcfdccbcac

bDqbDdbfdbcbbab

aDqaDdafdacabaa

Dq

Dd

fd

c

b

a

i

i

i

i

i

i

LMMM

LMMMM

MLMMM

MMMLMM

MMMMLM

MMMMML

00

0

0

电压方程为磁链方程为

)32(2cos

)32(2cos

2cos

20

20

20

ssbb

ssbb

ssaa

LLL

LLL

LLL

2)(2)( 20 aaqaadsaaqaadaals LLLLLLL

)65(2cos

)2(2cos

)6(2cos

20

20

20

ssac

ssbc

ssab

MMM

MMM

MMM2200 24)( sssaaqaadmls LMLLLMM

)32cos(

)32cos(

cos

0

0

0

afdcfd

afdbfd

afdafd

MM

MM

MM

)32cos(

)32cos(

cos

0

0

0

aDdcDd

aDdbDd

aDdaDd

MM

MM

MM

)32sin(

)32sin(

sin

0

0

0

aDqcDq

aDqbDq

aDqaDq

MM

MM

MM

其中

上式中 Laad(Laaq) 分别为 d 轴 (q 轴 ) 线与 a 轴线重合时对应的 a 相绕组的主电感 Mafd0 MaDd0 和 MaDq0 分别为 a 相轴线分别与 fd Dd 和 Dq 轴线重合时 a 相绕组与 fd Dd 和 Dq绕组的互感系数 Lfd MfDd LDd 和 LDq 为常数

LI

IL

In

WnT Tpmpem

2电磁转矩为

同步电动机在转子 dq 坐标系下的数学模型

按照前面介绍坐标转换的知识将同步电机定子 abc 三相绕组转换到dq 坐标系中分别用一个 d 轴绕组ds 和一个 q 轴绕组 qs 来代替见右图所示转换矩阵如下式所示此时同步电机共有五套绕组即定子 ds 和 qs 绕组转子 fd 绕组 Dd 和 Dq 绕组这五个绕组都固定在转子上随转子同步旋转见右图所示

auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

r

Ddi

qi

DduNS

qiqu

du di

qs

ds

2

1

2

1

2

1)120sin()120sin(sin

)120cos()120cos(cos

3

20

dqabcT

1)120sin()120cos(

1)120sin()120cos(

1sincos

0

abcdqT


DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

qddd

pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

DqDqqaDqDq

DdDdfdfDddaDdDd

DdfDdfdfddafdfd

DqaDqqqq

DdaDdfdafdddd

iLiM

iLiMiM

iMiLiM

iMiL

iMiMiL

0

0

0

0

00

2

32

32

3

电压方程为

磁链方程为其中

aqslaaqaalsssq

adslaadaalsssd

LLLLLMLL

LLLLLMLL

)(2

3

2

3

)(2

3

2

3

200

200

电磁转矩为 )(2

3dqqdpem iinT

从同步电机磁链方程可见经过变换后同步电机的电感系数不对称（采用相对变换）

auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

r

Ddi

qi

DduNS

qiqu

du di

qs

ds


DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

qddd

pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

DqDqqaqDq

DdDdfdfDddadDd

DdfDdfdfddadfd

Dqaqqqq

Ddadfdadddd

iLiL

iLiMiL

iMiLiL

iLiL

iLiLiL

电压方程为

磁链方程为

按照以下变换关系

DqaDq

aqDqDd

aDd

adDdfd

afd

adfd i

M

Lii

M

Lii

M

Li

000

此时同步电机的电压和磁链方程如右式所示可见其电感矩阵变得对称了又得以简化省去上标号并有

DqDqqaqDq

DdDdfdaddadDd

Ddadfdfddadfd

Dqaqqqq

Ddadfdadddd

iLiL

iLiLiL

iLiLiL

iLiL

iLiLiL

电压方程磁链方程

adfDd LM

则同步电机的方程可以简化为

DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

qddd

pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

DqaDq

aqDqDd

aDd

adDdfd

afd

adfd u

M

Luu

M

Luu

M

Lu

000 3

2

3

2

3

2

电磁转矩 )(2

3dqqdpem iinT

稳态性能分析稳态时同步电机的阻尼绕组不起作用在 dq 坐标系下同步电机所有量都为直流量且保持不变则有

fdfdfd

dqq

qdd

iru

iru

iru

11

11

fdfddafdfd

qqq

fdafdddd

iLiM

iL

iMiL

0

0

2

3

qd

qdqddqpdqqdpem LL

uuLLuLEniinT

21

0 )(

2

3)(

2

3

另有

01111 )()( jEiLjrjiLjrjuuU qqddqd

其中fdafd iME 010

其稳态矢量图见右图所示在上图中 δ 为同步电机的功率角 δrsquo 为同步电机的外功率角如不考虑定子电阻的影响两者相等根据上图所示的矢量关系在不考虑定子电阻的情况下稳态时同步电机的电磁转矩为

在上图中有 cossin UuUu qd

则有20

2 21 1

3sin sin 2

2 2d q

em pd d q

E U L LT n U

L L L

同步电机的矩角特性

同步电动机的稳态矢量图

励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

δ

u

1ri

d

1

ju

qdd iru 11

a轴

d轴

q轴

i

dqq iru 11

fdafd iM 0

qd j

ddiL

qqqiL

动态性能分析

)](

)(

[2

3

)(2

3

00

0

dDqaDqqDdaDd

qdqd

qfdafdp

dqqdpem

iiMiiM

iiLL

iiMn

iinT

基于动态方程同步电机的动态电磁转矩为

可见动态性况下同步电机的电磁转矩由三部分组成同步电机在启动过程中如果转子角频率小于定子角频率此时同步电机的电磁转矩以异步转矩为主同步转矩是变化的达到同步时即转子角频率等于定子角频率此时同步电机的异步转矩为零只有同步电磁转矩存在

励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

异步电磁转矩

同步电磁转矩

同步电机 matlab 仿真模型的建立

mqDqDqlDqDqqaqDq

mdDdDdlDdDdfdaddadDd

mdfdfdlDdadfdfddadfd

mqqslDqqaqqslq

mddslDdfddaddsld

iLiLiL

iLiLiLiL

iLiLiLiL

iLiiLiL

iLiiiLiL

)(

)(

aqDqlsl

Dql

Dq

sl

q

Dqqaqmq

adDdlfdlsl

Ddl

Dd

fdl

fd

sl

d

Ddfddadmd

LLL

LLiiL

LLLL

LLLiiiL

111)(

1111)(

DqDqqaqDq

DdDdfdaddadDd

Ddadfdfddadfd

Dqaqqqq

Ddadfdadddd

iLiL

iLiLiL

iLiLiL

iLiL

iLiLiL


DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

qddd

pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

电磁转矩 )(2

3dqqdpem iinT

DqlmdDqDq

DdlmdDdDd

fdlmdfdfd

slmqqq

slmddd

Li

Li

Li

Li

Li

)(

)(

)(

)(

)(

1 最好利用转子 dq 坐标系中的数学模型

2 以各绕组磁链为状态变量3 为了避便在计算电流时的矩阵求逆的计算应以气隙磁链为中间变量

同步电机动态仿真模型（转子 dq 坐标系）

仿真事例一空载启动过程


仿真事例二带 300Nm 负载启动过程


仿真事例三空载启动稳定后突加 300Nm 负载


特殊结构同步电动机分类结构数学模型特性

特种同步电机的分类特种的同步电机有永磁同步电机同步磁阻电

机和开关磁阻电机等永磁同步电机与普通同步电机相比其励磁磁链

由位于电机转子上的永磁体产生按照其气隙磁链波形的不同可分为永磁无刷直

流电机和永磁同步交流电机两种永磁无刷直流电机的气隙磁链和反电势波形为方波或梯形波永磁同步交流电机的气隙磁链和反电势波形为正弦波

永磁同步交流电机按照其转子永磁体的安装方式不同又分为表面贴装式永磁同步交流电机和内嵌式永磁同步交流电机

永磁交流电机按照其气隙磁链行走路线不同可分为径向磁通式轴向磁通式和横向磁通式等

永磁同步电机的转子结构

面贴式（ Surface mounted Magnet ）内嵌式（ Inset Magnet ）

内埋式（ Interior Magnet）磁场集中式（ Flux Concentration）

面贴带极靴式

内埋式

根据转子结构导致的 Ld 和 Lq的差异永磁同步电机分为 SPMSM （ LdasympLq ）和 IPMSM（ LdltLq ）两种

SPMSM IPMSM

IPMSM IPMSM IPMSM

IPMSM 的多层转子结构

两层转子结构的 IPMSM 具有较好的性能和较低的造价

同步电机的转子结构与其凸极率的关系

同步电机的凸极率 (Salient Ratio) LqLd

一台 30 kW 径向气隙的 IPMSM 的参数

SPMSM

IPMSM

多层 SPMSM

永磁同步磁阻电机 PMSynRM

多层永磁同步磁阻电机 PMSynRM

同步磁阻电机 SynRM

多层同步磁阻电机 SynRM

径向磁通永磁同步电机

其主磁通沿径向穿过气隙

轴向气隙永磁同步电机

其主磁通沿轴向穿过气隙（上图中有两个气隙）

横向磁通永磁同步电机（ Transversal-flux ）

永磁同步交流电机(PMSM)

气隙磁通密度分布为正弦波

正弦电压供电时电流也为正弦波

气隙磁力线分布为正弦波

空载电势为正弦波

永磁无刷直流电机 (BLDC)

气隙磁力线分布为方波气隙磁通密度分布为方波

空载电势为方波方波电流供电时电压也为方波

同步磁阻电机（ SynRM ）的结构

永磁辅助同步磁阻电机

凸极转子结构多层转子结构 (TLA) 多层转子结构 (ALA)

三种电机的比较三种同步电机 SynRM SPMSM IPMSM 比较之性能 Cogging torque转矩特性效率及损失

成本定位转矩 (Cogging torque) IPMSM 与 SPMSM具有 Cogging torque其中 IPMSM较大因其具有凸极效应(Saliency) 在压缩机负载的应用上应具有较小的 Cogging torque因需具有低噪音及低振动特性

效率及损耗 IPMSM 的效率最高因其除具永磁转矩外还具有磁阻转矩其所需的定子電流最小而具有最小的铜损 SPMSM无磁阻转矩其铜损增大另外因外包钢膜上的感生涡流所造成的铁损以及较大的气隙使其效率稍低而 SynRM因无永磁转矩全靠磁阻转矩而效率较低但仍比 IM高約 2-3

成本以 SynRM為 10 当比较对象 IM IPMSM SPMSM 分別为其的 113 142 15 倍

由上之比叫可知欲得高性能高效率的控制特性可选用 IPMSM 而如欲得最低成本者可选用 SynRM 只是效率较低但仍比 IM高些

永磁同步电动机在相坐标系下的数学模型

ccc

bbb

aaa

piru

piru

piru

1

1

1

)3

2cos(

)3

2cos(

cos

m

m

m

c

b

a

ccbcac

bcbbab

acabaa

c

b

a

i

i

i

LMM

MLM

MML

磁链方程为

)32(2cos

)32(2cos

2cos

20

20

20

ssbb

ssbb

ssaa

LLL

LLL

LLL


)65(2cos

)2(2cos

)6(2cos

20

20

20

ssac

ssbc

ssab

MMM

MMM

MMM

2200 24)( sssaaqaadmls LMLLLMM

其中电压方程为

上式中 Laad(Laaq) 分别为 d 轴 (q 轴 ) 线与 a轴线重合时对应的 a 相绕组的主电感 ψm 为永磁磁极在一相定子绕组中产生的基波磁链幅值

IL

In

WnT Tpmpem

2

电磁转矩为

永磁同步电动机的组成见右图所示定子 abc 三相对称绕组 as bs 和 cs 转子永磁励磁磁极

其中

auai

bubi

cu ci

a轴

d轴

b轴q轴

c轴

r

NS

永磁同步电动机在转子 dq坐标系下的数学模型

按照前面介绍坐标转换的知识将同步电机定子 abc 三相绕组转换到 dq 坐标系中分别用一个 d 轴绕组 ds 和一个 q 轴绕组 qs 来代替见右图所示转换矩阵如下式所示此时同步电机只有定子 ds 和 qs 两套绕组它们都固定在转子上随转子同步旋转

2

1

2

1

2


)120cos()120cos(cos

3

20

dqabcT

1)120sin()120cos(

1)120sin()120cos(

1sincos

0

abcdqT

ppiru

ppiru

dqqq

qddd

1

1电压方程为

qqq

mddd

iL

iL

磁链方程为

电磁转矩为 )(2

3dqqdpem iinT

其中aqslaaqaalsssq

adslaadaalsssd

LLLLLMLL

LLLLLMLL

)(2

3

2

3

)(2

3

2

3

200

200

auai

bubi

cu ci

a轴

d轴

b轴q轴

c轴

r

qi

NS

du

qu

di

稳态性能分析稳态时永磁同步电机在 dq 坐标系下的所有量都为直流量且保持不变则有

dqq

qdd

iru

iru

11

11

qqq

mddd

iL

iL

qd

qdqddqpdqqdpem LL

uuLLuLEniinT

21

0 )(

2

3)(

2

3

另有


其中 mE 10 其稳态矢量图见右图所示在上图中 δ 为同步电机的外功率角 δrsquo 为同步电机的内功率角如不考虑定子电阻的影响两者相等根据上图所示的矢量关系在不考虑定子的情况下稳态时同步电机的电磁转矩为


则有

2sin

2sin

2

321

21

0

qd

qd

dpem LL

LL

L

UEnT

永磁同步电机的矩角特性

永磁同步电动机的稳态矢量图

u

1ri

d

1

ju

qdd iru 11

a轴

d轴

q轴

i

dqq iru 11

fdafd iM 0

qd j

ddiL

qqqiL

δ

稳态性能分析])([

2

3)(

2

3qdqdqmpdqqdpem iiLLiniinT

永磁同步电机的电磁转矩可写为

可见永磁同步电机的电磁转矩由励磁电磁转矩和磁阻电磁转矩两部分组成

励磁电磁转矩磁阻电磁转矩

永磁辅助同步磁阻电机 PMa-SynRM 的矩角特性永磁同步电机 IPMSM 的矩角特性可见永磁辅助同步磁阻电机 PMa-SynRM 其磁阻转矩占主要部分而永磁同步电机 IPMSM 其电磁转矩占主要部分

2sin

2sin

2

321

21

0

qd

qd

dpem LL

LL

L

UEnT

稳态时为

开关磁阻电机开关磁阻电机是一种双凸极的磁阻电机也可以视

为一种大步距的步进电机其结构有 64 86 108和 1210 极等左图为86极结构即定子有 8个极转子有 6个极定子安装有八套集中绕组相对应极的绕组的首尾相连都成一相故 86极电机定子共有四相绕组

其优点有 (1) 转子结构简单制造成本低可获得较低的转动惯量 (2) 定子绕组为集中式绕组简单可靠 (3) 主要损耗由定子绕组产生易散热 (4) 由于转子无永磁磁体可允许较高的运行温度 (5) 简单的单极性驱动无直通问题 (6) 在没有浪涌电流的情况下可获得较高的启动转矩 (7) 可运行在极高的速度 (8) 转矩转速特性易于调整以满足不同应用场合的需要缺点有1048729 (1)双凸极结构引起震动和噪音1048729 (2) 转矩脉动较高主要应用场合(1)已获得应用的场合Washing machineVacuum blowerMotorcy

cleAutomotive cruise control drives(2) 正在考虑应用的场合 Conventional automotive actuatorsAerospace starter-generatorsHigh-speed adjustable speed fluid PumpsRobotic prime movers

定子结构转子结构

每相电压方程

转矩方程

控制方法低速电流斩波控制高速控制每相绕组的导通角和关断角

理想状态每相电感波形

电动状态电流波形

电磁转矩产生机理

制动状态电流波形

采用的驱动装置

转矩产生的机理

典型的每相电流波形

Application Characteristics of Variable Speed Drives

Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24

Slide 25

Slide 26

Slide 27

Slide 28

Slide 29

Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

一般结构同步电动机

结构特点和工作原理数学模型稳态特性动态特性


N S

A-

B+

A+

C+

C-

B-

N

S

A+

B+

C+B-

A-

C-




Pole


Fan

Sliprings



隐极转子结构

凸极转子结构



auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

Ddi

qi

DduNS

dtr 0






auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

Ddi

qi

DduNS

DqDqDqDq

DdDdDdDd

fdfdfdfd

ccc

bbb

aaa

piru

piru

piru

piru

piru

piru

0

0

1

1

1

Dq

Dd

fd

c

b

a

DqcDqbDqaDq

DdfDdcDdbDdaDd

fDdfdcfdbfdafd

cDqcDdcfdccbcac

bDqbDdbfdbcbbab

aDqaDdafdacabaa

Dq

Dd

fd

c

b

a

i

i

i

i

i

i

LMMM

LMMMM

MLMMM

MMMLMM

MMMMLM

MMMMML

00

0

0


)32(2cos

)32(2cos

2cos

20

20

20

ssbb

ssbb

ssaa

LLL

LLL

LLL


)65(2cos

)2(2cos

)6(2cos

20

20

20

ssac

ssbc

ssab

MMM

MMM


)32cos(

)32cos(

cos

0

0

0

afdcfd

afdbfd

afdafd

MM

MM

MM

)32cos(

)32cos(

cos

0

0

0

aDdcDd

aDdbDd

aDdaDd

MM

MM

MM

)32sin(

)32sin(

sin

0

0

0

aDqcDq

aDqbDq

aDqaDq

MM

MM

MM

其中


LI

IL

In

WnT Tpmpem

2电磁转矩为



auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

r

Ddi

qi

DduNS

qiqu

du di

qs

ds

2

1

2

1

2


)120cos()120cos(cos

3

20

dqabcT

1)120sin()120cos(

1)120sin()120cos(

1sincos

0

abcdqT


DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

qddd

pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

DqDqqaDqDq

DdDdfdfDddaDdDd

DdfDdfdfddafdfd

DqaDqqqq

DdaDdfdafdddd

iLiM

iLiMiM

iMiLiM

iMiL

iMiMiL

0

0

0

0

00

2

32

32

3

电压方程为


aqslaaqaalsssq

adslaadaalsssd

LLLLLMLL

LLLLLMLL

)(2

3

2

3

)(2

3

2

3

200

200

电磁转矩为 )(2

3dqqdpem iinT


auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

r

Ddi

qi

DduNS

qiqu

du di

qs

ds


DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

qddd

pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

DqDqqaqDq

DdDdfdfDddadDd

DdfDdfdfddadfd

Dqaqqqq

Ddadfdadddd

iLiL

iLiMiL

iMiLiL

iLiL

iLiLiL

电压方程为

磁链方程为


DqaDq

aqDqDd

aDd

adDdfd

afd

adfd i

M

Lii

M

Lii

M

Li

000


DqDqqaqDq

DdDdfdaddadDd

Ddadfdfddadfd

Dqaqqqq

Ddadfdadddd

iLiL

iLiLiL

iLiLiL

iLiL

iLiLiL


adfDd LM


DqDqDq

DdDdDd

fdfdfdfd

dqqq

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pir

pir

piru

ppiru

ppiru

0

0

1

1

DqaDq

aqDqDd

aDd

adDdfd

afd

adfd u

M

Luu

M

Luu

M

Lu

000 3

2

3

2

3

2

电磁转矩 )(2

3dqqdpem iinT


fdfdfd

dqq

qdd

iru

iru

iru

11

11

fdfddafdfd

qqq

fdafdddd

iLiM

iL

iMiL

0

0

2

3

qd

qdqddqpdqqdpem LL

uuLLuLEniinT

21

0 )(

2

3)(

2

3

另有


其中fdafd iME 010



则有20

2 21 1

3sin sin 2

2 2d q

em pd d q

E U L LT n U

L L L



励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

δ

u

1ri

d

1

ju

qdd iru 11

a轴

d轴

q轴

i

dqq iru 11

fdafd iM 0

qd j

ddiL

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动态性能分析

)](

)(

[2

3

)(2

3

00

0

dDqaDqqDdaDd

qdqd

qfdafdp

dqqdpem

iiMiiM

iiLL

iiMn

iinT



励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

异步电磁转矩

同步电磁转矩


mqDqDqlDqDqqaqDq



mqqslDqqaqqslq

mddslDdfddaddsld

iLiLiL

iLiLiLiL

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iLiiiLiL

)(

)(

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q

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Ddl

Dd

fdl

fd

sl

d

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LLL

LLiiL

LLLL

LLLiiiL

111)(

1111)(

DqDqqaqDq

DdDdfdaddadDd

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Dqaqqqq

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iLiL

iLiLiL

iLiLiL

iLiL

iLiLiL


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DdDdDd

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pir

pir

piru

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ppiru

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1

1

电磁转矩 )(2

3dqqdpem iinT

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DdlmdDdDd

fdlmdfdfd

slmqqq

slmddd

Li

Li

Li

Li

Li

)(

)(

)(

)(

)(




















面贴带极靴式

内埋式


SPMSM IPMSM

IPMSM IPMSM IPMSM






SPMSM

IPMSM

多层 SPMSM



























ccc

bbb

aaa

piru

piru

piru

1

1

1

)3

2cos(

)3

2cos(

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m

m

m

c

b

a

ccbcac

bcbbab

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c

b

a

i

i

i

LMM

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MML

磁链方程为

)32(2cos

)32(2cos

2cos

20

20

20

ssbb

ssbb

ssaa

LLL

LLL

LLL


)65(2cos

)2(2cos

)6(2cos

20

20

20

ssac

ssbc

ssab

MMM

MMM

MMM




IL

In

WnT Tpmpem

2

电磁转矩为


其中

auai

bubi

cu ci

a轴

d轴

b轴q轴

c轴

r

NS



2

1

2

1

2


)120cos()120cos(cos

3

20

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1)120sin()120cos(

1)120sin()120cos(

1sincos

0

abcdqT

ppiru

ppiru

dqqq

qddd

1

1电压方程为

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mddd

iL

iL

磁链方程为

电磁转矩为 )(2

3dqqdpem iinT


adslaadaalsssd

LLLLLMLL

LLLLLMLL

)(2

3

2

3

)(2

3

2

3

200

200

auai

bubi

cu ci

a轴

d轴

b轴q轴

c轴

r

qi

NS

du

qu

di


dqq

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iru

11

11

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mddd

iL

iL

qd

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uuLLuLEniinT

21

0 )(

2

3)(

2

3

另有




则有

2sin

2sin

2

321

21

0

qd

qd

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LL

L

UEnT



u

1ri

d

1

ju

qdd iru 11

a轴

d轴

q轴

i

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δ


2

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2






2sin

2sin

2

321

21

0

qd

qd

dpem LL

LL

L

UEnT

稳态时为






每相电压方程

转矩方程










Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24

Slide 25

Slide 26

Slide 27

Slide 28

Slide 29

Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40


N S

A-

B+

A+

C+

C-

B-

N

S

A+

B+

C+B-

A-

C-




Pole


Fan

Sliprings



隐极转子结构

凸极转子结构



auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

Ddi

qi

DduNS

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auai

bubi

cu cifdu

Dqu

fdi

Dqi

a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

Ddi

qi

DduNS

DqDqDqDq

DdDdDdDd

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ccc

bbb

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piru

piru

piru

piru

piru

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0

1

1

1

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Dd

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c

b

a

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cDqcDdcfdccbcac

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Dd

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c

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i

i

i

i

i

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LMMMM

MLMMM

MMMLMM

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0

0


)32(2cos

)32(2cos

2cos

20

20

20

ssbb

ssbb

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LLL

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)32cos(

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0

0

0

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MM

MM

)32cos(

)32cos(

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0

0

0

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MM

MM

MM

)32sin(

)32sin(

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0

0

0

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MM

MM

MM

其中


LI

IL

In

WnT Tpmpem

2电磁转矩为



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cu cifdu

Dqu

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a轴

d轴

b轴

q轴

c轴

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DduNS

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ds

2

1

2

1

2


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1)120sin()120cos(

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pir

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0

0

0

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32

32

3

电压方程为


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LLLLLMLL

LLLLLMLL

)(2

3

2

3

)(2

3

2

3

200

200

电磁转矩为 )(2

3dqqdpem iinT


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cu cifdu

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b轴

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Luu

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2

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另有


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则有20

2 21 1

3sin sin 2

2 2d q

em pd d q

E U L LT n U

L L L



励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

δ

u

1ri

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1

ju

qdd iru 11

a轴

d轴

q轴

i

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动态性能分析

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iiMiiM

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励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

异步电磁转矩

同步电磁转矩


mqDqDqlDqDqqaqDq



mqqslDqqaqqslq

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内埋式


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IPMSM IPMSM IPMSM






SPMSM

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多层 SPMSM



























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1

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m

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In

WnT Tpmpem

2

电磁转矩为


其中

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r

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)120cos()120cos(cos

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1)120sin()120cos(

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321

21

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qd

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dpem LL

LL

L

UEnT

稳态时为






每相电压方程

转矩方程










Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24

Slide 25

Slide 26

Slide 27

Slide 28

Slide 29

Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Pole


Fan

Sliprings



隐极转子结构

凸极转子结构



auai

bubi

cu cifdu

Dqu

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Dqi

a轴

d轴

b轴

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c轴

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auai

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则有20

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励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

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1

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动态性能分析

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励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

异步电磁转矩

同步电磁转矩


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LLLL

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pir

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ppiru

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0

1

1

电磁转矩 )(2

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Li

Li

Li

Li

Li

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)(

)(

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面贴带极靴式

内埋式


SPMSM IPMSM

IPMSM IPMSM IPMSM






SPMSM

IPMSM

多层 SPMSM



























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bbb

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piru

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1

1

1

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2cos(

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m

m

m

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b

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c

b

a

i

i

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LMM

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磁链方程为

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20

20

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ssbb

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LLL

LLL

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20

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MMM

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In

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2

电磁转矩为


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1

2

1

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1)120sin()120cos(

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iL

磁链方程为

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LLLLLMLL

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3

2

3

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LL

L

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Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

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Slide 11

Slide 12

Slide 13

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Slide 15

Slide 16

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Slide 18

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Slide 20

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Slide 22

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Slide 24

Slide 25

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Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40



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0

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1

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稳态时为






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Slide 2

Slide 3

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Slide 6

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Slide 28

Slide 29

Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

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Slide 36

Slide 37

Slide 38

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励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

异步电磁转矩

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21

0 )(

2

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2

3

另有




则有

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LL

L

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1

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2

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2






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2

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21

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qd

qd

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LL

L

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稳态时为






每相电压方程

转矩方程










Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

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Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40



auai

bubi

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Dqu

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a轴

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Ddi

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2

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磁链方程为


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则有20

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2 2d q

em pd d q

E U L LT n U

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磁阻电磁转矩

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磁阻电磁转矩

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Slide 1

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Slide 40


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Slide 2

Slide 3

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Slide 6

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Slide 31

Slide 32

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励磁电磁转矩

磁阻电磁转矩

异步电磁转矩

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2sin

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321

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qd

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LL

L

UEnT

稳态时为






每相电压方程

转矩方程










Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

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Slide 17

Slide 18

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Slide 20

Slide 21

Slide 22

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Slide 30

Slide 31

Slide 32

Slide 33

Slide 34

Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40


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磁阻电磁转矩

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IPMSM IPMSM IPMSM






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电磁转矩为


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转矩方程










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Slide 40


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面贴带极靴式

内埋式


SPMSM IPMSM

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电力电子与现代控制 power electronic and modern control

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