欧洲杯预选赛·浅析永磁同步电机的设计和构造

　　由于其紧凑性和高扭矩密度，永磁同步电机在许多工业应用中得到了广泛的应用，特别用于高性能驱动系统，如潜艇推进系统。永磁同步电机无需使用滑环进行励磁，从而降低了转子的维护和损耗。永磁同步电机效率高，适用于高性能驱动系统，如工业中的数控机床、机器人和自动生产系统。通常，永磁同步电机的设计和构造必须同时考虑定子和转子结构，以获得高性能电机。

　　气隙磁通密度：根据异步电机设计等确定，永磁转子的设计和使用开关定子绕组的特殊要求技巧此外，假设定子为开槽定子。气隙磁通密度受到定子铁芯饱和的限制。尤其是峰值磁通密度受轮齿宽度的限制，而定子背面决定了最大总磁通。此外，允许的饱和水平取决于应用。通常，高效电机的磁通密度较低，而设计用于最大扭矩密度的电机的磁通密度较高。气隙磁通密度峰值通常在0.7–1.1Tesla范围内。应注意，这是总磁通密度，即转子和定子磁通的总和。这意味着如果电枢反作用力较小，意味着对准扭矩较高。然而，为了实现较大的磁阻转矩贡献，定子反作用力必须很大。机器参数表明，主要需要大m和小电感L来获得对准扭矩。这通常适用于低于基本速度的运行，因为高电感会降低功率因数。

　　磁铁在许多设备中起着重要作用，因此，改善这些材料的性能非常重要，目前，人们的注意力集中在基于稀土金属和过渡金属的材料上，这些材料可以获得具有高磁性的永磁体。根据技术的不同，磁铁具有不同的磁性和机械性能，并表现出不同的耐腐蚀性。钕铁硼（Nd2Fe14B）和钐钴（Sm1Co5和Sm2Co17）磁体是当今最先进的商业化永磁材料。在每一类稀土磁体中都有广泛的各种等级。钕铁硼磁体于20世纪80年代初开始商业化。它们广泛存在今天在许多不同的应用中使用。这种磁铁材料的成本（按每种能源产品计算）与铁氧体磁铁的成本相当，按每公斤计算，钕铁硼磁体的成本大约是铁氧体磁体的10到20倍。

　　用于比较永磁体的一些重要特性是：剩磁（Mr），它测量永磁体的强度磁场，矫顽力（Hcj），材料抗退磁的能力，能量积（BHmax），密度磁能；居里温度（TC），温度材料失去磁性时。钕磁体具有更高的剩磁、更高的矫顽力和能量积，但居里温度通常较低类型，钕与铽和镝在为了在高温下保持其磁性。

　　在永磁同步电机（PMSM）的设计中，永磁转子的构造基于三相感应电机的定子框架，不改变定子和绕组的几何形状。规格和几何形状包括：电机的速度、频率、极数、定子长度、内外直径、转子槽数。永磁同步电机的设计包括铜损耗、反电动势、铁损和自感和互感、磁通、定子电阻等。

　　电感L可以定义为磁链与产生磁通的电流I的比率，单位为亨利（H），等于韦伯每安培。电感器是用来在磁场中储存能量的装置，类似于电容器在电场中储存能量。电感器通常由线圈组成，通常缠绕在铁氧体或铁磁芯上，其电感值仅与导体的物理结构以及磁通通过的材料的磁导率有关。

　　查找电感的步骤如下：1、假设导体中有电流I。2、使用毕奥-萨伐尔定律或安培环路定律（如果有）确定B足够对称。3、计算连接所有回路的总通量。4、将总磁通乘以回路数，得到磁链，通过对所需参数的评估，进行永磁同步电机的设计。

　　研究发现，采用钕铁硼作为交流永磁转子材料的设计提高了气隙中产生的磁通，导致定子内半径减小，而采用钐钴永磁转子材料的定子内半径较大。结果表明，钕铁硼中的有效铜损耗降低了8.124%。对于作为永磁材料的钐钴，磁通量将是一个正弦变化量。通常，永磁同步电机的设计和构造必须同时考虑定子和转子结构，以获得高性能电机。

　　永磁同步电机(PMSM）是一种利用高磁性材料进行磁化的同步电机，具有效率高、结构简单、易于控制等特点。这种永磁同步电动机在牵引、汽车、机器人和航空航天技术等多个领域都有应用，永磁同步电机的功率密度高于相同额定值的感应电机，因为没有专门用于产生磁场的定子功率。目前，永磁同步电机的设计不仅要求功率更大，而且要求质量更低、转动惯量更小。

　　引言 大扭矩永磁同步电机直接驱动由于去掉了复杂的机械传动机构，从而消除了机械结构带来的效率低、维护频繁、噪声与转动惯量大等不利因素，具有效率高、 振动与噪声小、精度高、响应快、使用维修方便等一系列突出优点 。近年来，随着电力电子技术、永磁材料、电机设计与制造技术、传感技术、控制理论等的 发展，大扭矩永磁同步电机在数控机床、矿山机械、港口机械等高性能系统中得到了越来越广泛的应用 。 交流电机控制系统广泛采用单片机、DSP、FPGA为控制系统核心。STM32 是一种基于ARM 公司Cortex-M3 内核的新型32 位闪存微，采用了高性能、高代码密度的Thumb-2 指令集和紧耦合嵌套向量中断，拥有丰富的外围接口，具有

　　驱动系统 /

　　摘要：介绍了一种采用DSP芯片TMS320LF2407A实现永磁同步电机磁场定向的控制原理，给出了采用磁场定向控制策略来设计该的硬件组成结构及软件设计流程。 关键词：永磁同步电机 磁场定向控制 数据信号处理器 智能功率模块 1 引言 近年，交流伺服系统已经在机械制造、工业机器人、航空航天等领域得到广泛应用，其控制对象大多是永磁感应同步电动机（PMSM）。PMSM的转子采用永磁钢，属于元刷电机的一种，具有结构简单、体积小、易于控制、性能优良等优点。本文讨论的空间矢量控制的永磁同步电机就是采用磁场定向算法并借助DSP的高速度来实现对转速的实时控制， 因而在各种状态下都有良好的控制性能，特别适用于对体积

　　永磁同步电动机是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，而定子与电励磁三相同步电动机基本相同，故称为永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)。用于矢量控制的PMSM，要求其永磁励磁磁场波形是正弦的，这也是PMSM的一个基本特征。 FOC——磁场定向控制（FieldOriented Control）通常称为“矢量控制”，是通过控制变频器输出电压的幅值和频率控制三相交流电机的一种变频驱动控制方法。通过测量和控制电机的定子电流矢量，根据磁场定向控制原理分别对电机的励磁电流（Id）和转矩电流（Iq）进行控制，从而将三相交流电机等

　　控制太难？ /

　　1 引言     由于传统机械传感器自身存在缺点及局限性，所以无传感器技术已成为调速控制系统的重要研究方向之一。特别是在极低速或静止运行情况下的无传感器控制技术，仍是高性能电机控制的研究难点。SMO由于具有鲁棒性强、动态响应快、设计简单等优点，得到了广泛应用。但传统的SMO算法大都是应用于观测静止坐标系下的反电动势，在低速运行过程中难以稳定运行。     在此直接使用d，q坐标系下的电压／电流方程，用SMO来观测电机的感应电动势，同时结合PLL的优良特性；实时跟踪、估算实际的转子信息，即使电压相角不平衡、谐波较大等条件下，也具有较好跟踪性能。该方法不仅保留了传统SMO算法的优点，同时也克服其缺点。该算法简单、易于工程实现，实验结果

　　1 引言     直驱型风电机组具有能量转换效率高、可靠性高、并网功率控制灵活等优点，在风力发电领域具有广阔的市场前景。为实现直驱型风电机组高性能的闭环矢量控制，需获得转子转速和实时位置。通常采用成本合理、性能良好的无位置传感器控制技术，通过检测电机的电流、电压等可测物理量进行位置和速度估算。     无位置传感器检测方法包括：基于永磁同步电机(PMSM)基本电磁关系的方法、三相端电压和电流计算、基于反电动势或定子磁链估算、基于各种观测器的估算方法。其中基于反电势进行转子的转速和位置估计的方法，具有简单、快速和动态响应快的优点。 2 直驱型风电机组控制概述 2．1 永磁同步电机数学模型     这里采用基于矢量控制的控制策略，因

　　的传感磁场定向控制 target=_blank

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