永磁同步电机的工作原理解析

在电机系统中，电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执行，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。

电机控制器输出频率和幅值可变的U、V、W 三相交流电给电机形成旋转磁场，电机通过位置传感器将电机转子当前的位置发送给电机控制器，以供控制器进行参考控制，如图1-2-14所示。

旋转磁场与转子永久磁铁所产生的磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步旋转，通过位置传感器实时读取转子磁铁位置，变换成电信号控制控制器中的逆变器功率器件开关，调节电流频率和相位，使定子和转子磁势保持稳定的位置关系，才能产生恒定的转矩，定子绕组中的电流大小是由负载决定的。定子绕组中三相电流的频率和相位随转子位置的变化而变化，使三相电流合成一个与转子同步的旋转磁场，通过电力电子器件构成的逆变电路的开关变化实现三相电流的换相，代替了机械换向器。如图1-2-15 所示。

图1-2-14　永磁同步电机与控制器

图1-2-15　电力驱动能量变化

永磁同步电动机定子的反电势和电流波形均为正弦波，并且保持同相，其可以获得与直流电机相同的转矩特性，而且能实现恒转矩的调速特性。同步电机的工作模式如图1-2-16 所示。(www.xing528.com)

当定子产生一对磁极，上部为S 极，下部为N 极时，会将转子吸引到当前位置即转子N极向上，S 极向下。在有负载状态下，定子旋转磁场在转速上微微领先转子一点，吸引转子以旋转磁场的转速进行旋转，在理想空载状态下转子与旋转磁场是完全对应的，在转子主动旋转时，转子磁场会切割定子的磁场从而产生感生电流，此时状态为发电机，电动车制动能量回收就是利用这种工作原理，如图1-2-17 所示。

图1-2-16　同步电机的工作模型

图1-2-17　同步电机电动与发电工作模型

如图1-2-18 所示， A 相蓝色线圈、B 相红色线圈和C 相绿色线圈分别是永磁同步电机的3 相线圈绕组，每相线圈中按一定顺序通入电流幅值和相位都随时间变化的交流电，且彼此在相位上相差120°，定子磁场沿顺时针方向旋转，吸引永磁转子也随之旋转，将电能转化为机械能。

图1-2-18　永磁同步电机工作原理图