永磁式直流伺服电动机

特种电机及控制课程研究报告题目 如：关于面装式永磁伺服电动机的齿槽转矩问题

2016/2017学年 第 二 学期

课程名称 特种电机及控制 学生姓名 黄鑫

班级学号 1601班201610103 导师姓名 安跃军教授 任课教师 安跃军教授

第一章 绪论 ................................................................................................. 1

1.1课题背景 ......................................................................................... 1 1.2 课题意义 ........................................................................................ 1 1.3 国内外发展现状 ..........................................................................

第三章 永磁同步电动机系统原理

永磁同步电机[2]其本身是一个自控式同步电机，它有定子和转子组成，有的带位置传感器，有的应用场合因安装的不便利及成本上的要求无法安装位置传感器。有的定子是线圈，转子是永磁体，有的转子是线圈，定子是永磁体。但无论哪种方式，电机本身是不能够自己执行旋转控制的，它必须依赖电子换相装置，这也是为什么这种电机需要变频控制的原因。也可以这样说，该种电机系统有电动机，逆变器组成（有的还带位置传感器）。图3.1给出了一个基本系统原理结构图。

图3.1永磁同步电机结构原理图

3.1 永磁同步电动机的基本组成

3.1.1 电动机

同感应电机和直流电机相似，永磁同步电动机也是由转子及定子两大部件所构成，三相交流绕组在定子上；永磁体在转子上。关于电机的基础理论知识部分可参考文献[20]。

定子：

定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、机座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的硅钢片紧密叠装而成。见图3.2。

转子：

转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布有隐极式和凸极式之分。见图3.2a为凸极式，从图可看出转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。图3.2b为隐极式，转子成圆柱形，均匀分布气隙。对这两种转子需要采

摘 要

永磁同步电动机(Permanent magnet synchronous Machine, PMSM)由于无需励磁电流、体积轻便、运行效率很高，在工业领域得到越来越广泛的应用。只有知道了精确的转子位置信息，才能实现永磁同步电动机转子磁场定向的运动控制。在传统的永磁同步电动机运动控制系统中，通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置。然而，这些传感器增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。因此，无传感器检测永磁同步电动机转子位置已逐渐成为热点。

本文阐述了永磁同步电动机的发展历程、永磁材料的发展，以及它的结构、工作原理和特点等。介绍了永磁同步电动机转子位置检测的常用方法分两种：即直接方式检测和间接方式检测。直接方式可分为：旋转变压器法、磁编码器法、光电编码器法；间接方式可分为：电感法、磁链法、假想坐标系法、基于各种观测器的估算方法、卡尔曼滤波器法、高频注入法和人工智能理论基础上的估算方法。

针对本课题主要做了以下研究工作：在构建其数学模型的基础上，深入分析电机定子电感的饱和效应，得出旋转高频电压注入法能够准确跟踪转子凸极位置，但其存在不能确定估算结果是N极还是S极位置的问题。对于这个问题,本文又分析了永磁同步电机定子电流对电机磁

电机学实验报告 ——直流他励电动机实验 姓名：张春 学号：2100401332 实验三 直流他励电动机实验 一、实验目的 1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流他励电动机的调速方法。 二、实验内容 1．工作特性和固有机械特性 保持机械特性和。 不变，时，测取工作特性、、及固有 2．调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持电动机不变，常数，测取。 （2）改变励磁电流调速 保持 ，常数，时，测取。 3．观察能耗制动过程 三、实验说明及操作步骤 1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性 按图3-4接线， 电阻选用挂箱上的阻值为、电流为的可的可调电调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻，电阻阻. 并接上励磁电流表（mA）和电枢电流表选用挂箱上的阻值为（A）。 （1）打开设备开关和设置好各个按钮状态，将电动机励磁回路电阻调至阻值最大。 调至阻值最小，电枢回路起动电阻（2）调节直流稳压电源上的“电压调节”旋钮，使电动机输入电压为机电枢回路起动电阻

电机学实验报告 ——直流他励电动机实验 姓名：张春 学号：2100401332 实验三 直流他励电动机实验 一、实验目的 1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流他励电动机的调速方法。 二、实验内容 1．工作特性和固有机械特性 保持固有机械特性和。 不变，时，测取工作特性、、及 2．调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持电动机不变，常数，测取。 （2）改变励磁电流调速 保持，常数，时，测取。 3．观察能耗制动过程 三、实验说明及操作步骤 1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性 按图3-4接线， 电阻选用挂箱上的阻值为、电流为的可的可调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻，电阻调电阻. 并接上励磁电流表（mA）和电枢电流表选用挂箱上的阻值为（A）。 （1）打开设备开关和设置好各个按钮状态，将电动机励磁回路电阻小，电枢回路起动电阻调至阻值最大。 调至阻值最（2）调节直流稳压电源上的“电压调节”旋钮，使电动机输入电压为机电枢回路起动电阻值

电动机直流调速系统发展现状

摘要：本文主要阐述当今正在使用和不断发展的直流电机的主流调速方法—晶闸管电动机调速系统，并具体列举该调速系统各种发展方向以及对它们的原理和特点作写简单说明，最后对今后直流调速系统的发展前景的展望。

关键字：直流调速系统 晶闸管 开环 闭环

由于直流电动机具有几号的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动场合，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，从控制技术角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此加强对直流调速系统的发展有利于更进一步发展交流调速系统，促进调速系统的进一步完善。

根据直流电机的工作基本原理，由直流电机的机械特性方程

n?U?K?eRKKea?tT 可知直流调速方法有三种：

（1）改变电枢回路电阻

直流电动机四象限机械特性测试

一．实验目的

本实验通过对直流电动机四象限机械特性的测试时学生对直流电动机的基本特性以及四象限工作状态有更深入的了解，进而掌握直流电动机的认为特性及其在调速国策和那个中的应用方式，同时锻炼学僧的分析问题解决问题能力和独立工作的能力。

二．实验内容

测试直流电动机四个象限的机械特性，包括设备选择，拖动及负载电动机的选择，调速方式，参数调整，接线以及数据测试和曲线的绘制等。

三．实验要求

1）第一象限固有特性电动状态测量4个稳定工作点

2）第二象限回馈状态（电压可适当降低）测量4个稳定工作点

3）第二象限电动势反接制动（最大电流设为1.5倍的In）测量3个工作点 4）第二象限能耗制动（最大电流设1.5In)测量三个工作点，可以接反抗性负载 5）第三象限反向电动状态（类同一象限） 6）第四象限能耗制动测量4个稳定工作点 7）第四象限倒拉反转测量4个稳定工作点 8）要求写清实验步骤，并记录数据

四．实验步骤

1 第一象限的固有特性

1.1 实验原理

在电源电压U =Un，气隙磁通Ф =ФN，电枢外串电阻RΩ=0时，n =?(T )的机械特性，其数学表达式为：

1

机械

电枢电流：

TIa?Ct?NUNRan??T?

实验一 直流他励电动机机械特性

一．实验目的

了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性

二．预习要点

1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？

2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？

3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

三．实验项目

1．直流他励电动机机械特性。 2．回馈制动特性 3. 自由停车及能耗制动。 4．反接制动。

四．实验设备及仪器

1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及转速表（MMEL-13） 3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03） 4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04） 5．波形测试及开关板（NMEL-05B） 6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06） 7．电机起动箱（NMEL-09）

五．实验方法及步骤

1．直流他励电动机机械特性及回馈制动特性

接线图如图1-1

图中直流电压表V1为220V可调直流稳压电源（电枢电源）自带，V2为MEL-06上直流电压表，量程为300V；

直流电流表mA1、A1分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安培表； mA2、A2分别选用

《电动机》复习（2课时）

一．学习目标

考试内容 （1）通电（导体）线圈在磁场中受力方向的影响因素 要求 年份 题型 分值3 3 4 7 7 07 知道 08 选择题 选择题 选择题 计算 计算 （2）电动机工作时的能量转化 （3）能用能量转化的思想进行电动机的相关计算 知道 会用 12 11 12 设计意图：虽然分析了2006年到2012年的试卷发现考到电动机的次数不多，不属于物理中的常考题，但是最近两年都有出现，而且是以计算题的形式出现，很多学校都复习了这块内容，但是考试的得分率还是很低。所以我想按照考纲较系统完整的复习电动机的内容。 二．重要知识梳理

考点1：磁场对通电导体的作用

1.通过课堂实验再次体验通电导体在磁场中受到力的作用。（后者为前者的改进实验） 2．力的方向：跟 方向和 有关。若导体中电流的方向或磁感线的方向有一个改变，则导体的受力方向也随之改变；若上述两个方向同时改变，则导体的受力方向不变。

【注意】 (1)磁场不是对任意放置的通电直导线都有力的作用，当直导线与磁感线平行放置时，受到的力为零；

(2)当通电直导线与磁感线方向垂直时，受到的

内置式异步起动永磁同步电动机设计

摘要

随着永磁材料工艺的进步和电子电力技术的发展，永磁同步电动机逐渐克服技术难点，逐步占领市场。永磁同步电动机与异步电动机相比，有效率高、功率因数高、体积小、节能等优势。在当今强调节约、绿色概念的社会，节能和节约材料的永磁同步电机已经在国外蓬勃发展，而在国内电机行业也以惊人的速度在发展。

本文设计了一台额定功率15kW、额定转速为1500rpm的永磁同步电动机。采用了高性能的钕铁硼永磁材料提高电机的功率密度。主要进行了电机的磁路计算、绕组计算、参数计算、损耗计算。通过改变电动机电枢铁心长径、磁钢片厚度、气隙长度和定、转子槽配合方式，对比分析了电动机的性能，对电动机进行优化设计，实现小型化和高效节能运行的目的，并且降低了电动机的成本。利用基于有限元Ansoft软件进行了电机参数的相关计算，与电机设计的传统磁路法进行了对比，分析了两者之间的误差以及误差产生的原因，提高了电机设计的准确性。

关键词永磁同步；电磁计算；有限元仿真

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Design of Internal Rotor Line Start Permanent

Magnet Synchronous Motor

Abstract

With advances in m