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西林叉车之——永磁同步电机的驱动控制技术（
作者：西林叉车 时间：【 2019-12-13】 文章来源：
西林叉车之——永磁同步电机的驱动控制技术（1、2）
在我们玩完了串励电机、他励电 机、交流变频电机驱动控制后，永磁同 步电机驱动技术将会悄然进入工业车 辆应用领域，因此我们有必要对永磁同 步电机及其驱动控制技术作一些了解。 永磁电机包括永磁同步电机、无刷 直流电机、永磁直线电机以及其它特种 永磁电机等在内的多种不同类型，它们 普遍具有结构简单、功率因数和效率 高、运行可靠等诸多优点，被广泛应用 于航天航空、装备制造、工农业生产等 各个领域。近些年来，对永磁电机的开 发和应用研究成为世界各国电机电器 生产商以及各大高校和科研院所的研 究热点。从本期开始我将从应用背景、 永磁同步电机的结构和特点、永磁同步 电机的应用、永磁同步电机控制技术 4 个方面进行介绍。
1．应用背景 稀土对于世界各国来说都是十分 关注的重要战略资源。在我国稀土资源 的蕴藏量非常的丰富，稀土永磁材料的 广泛应用已深入国民经济的方方面面， 其产量与用量已成为衡量一个国家综 合国力与国民经济发展水平的重要标 志。在我国稀土资源品种全、质量高，开 发稀土材料具有得天独厚的优势。 各种稀土永磁材料在工业领域的 应用中，有关永磁电机的开发是一大热 点。永磁电机是由永磁材料建立励磁磁 场，并借以实现机械能和电能相互之间 能量转换的传动装置。它的发展与永磁 材料、电力电子技术、计算机技术、电机 控制理论的发展密不可分。自从上世纪 70 年代第一代稀土永磁合金材料进入 实用化阶段以来，随着对稀土永磁材料 研究的深入，永磁材料的性能得到了持 续的改良，各种高磁能积新型永磁材料 不断陆续出现。同时稀土永磁材料的价 格在逐年降低，这些都有力推动了稀土 永磁电机工业，使之不断朝着高功率密 度、集成化和灵活结构的应用方向发 展。再加上电力电子器件性能的不断提 高，以及现代控制理论、微机控制技术 和电机制造工艺的迅猛发展，在永磁同 步电机理论分析、电机设计和运行控制 等方面不断出现具有重要研究价值的 新课题。
2．永磁同步电机的结构和特点 图 1 是交流永磁电机的主要分类， 根据永磁体励磁磁场在定子绕组中感 应出的电动势波形的不同，交流永磁电 机主要分为无刷直流电机和永磁同步 电机两大类。(a) 无刷直流电机 (a) 永磁同步电机 图 2 永磁电机反电动势与电流关系波形 两种不同类型电机其一相气隙磁 场感应的反电动势与电流之间的关系 如图 2 所示。无刷直流电机为梯形反电 动势，定子绕组通入三相对称方波电流 以产生恒定转矩。永磁同步电机绕组反 电动势为正弦，可以通过接三相对称正 弦电源的方式得到恒定转矩。 无刷直流电机控制简单、成本低 廉，运行可靠程度较高。但是电机在运 转过程中由于电枢电流和电枢磁势的 不连续，会导致转矩存在一定的脉动， 使得转矩的控制性能难以得到提升，电 机在稳态运行时速度存在一定程度的 波动，这就限制了其在高精度、高性能 控制场合下的应用。相比而言永磁同步 电机运行时转速与电源频率严格保持 同步，转矩控制的稳定度高。与异步电 机等其他类型的电机相比永磁同步电 机具有体积小、质量轻、功率因数高、效 率高、磁通密度高、动态响应快、可靠性 高、无需维护、宽调速范围等许多优点， 经过数十年的发展其应用领域已经拓 展到航空航天、医疗、信息、家电以及工 业自动化等各个方面，成为电力传动系 统的主要应用之一，并有向着工业车辆 方向发展的趋势。 永磁同步电机的定子也由三相绕组 及铁心构成，这在结构上与异步电机大 体相同。为了减小电机转矩波动、提高电 机运行稳定性，定子绕组通常采用分布 式的短距绕组，同时绕组通常采用星形 连接以降低电机的杂散损耗。不同的永 磁同步电机其转子结构差别很大，根据 制造工艺的不同可以有多种分类：按磁 场方向，有径向和轴向磁场转子结构；按 定、转子的内外关系，可分为外转子结构 和内转子结构；从安装方式分有表面贴式、内插式以及内埋式这几种基本结构， 其转子的实际机械结构如图 3 所示。式、内插式以及内埋式这几种基本结构， 其转子的实际机械结构如图 3 所示。
未完待续
在我们玩完了串励电机、他励电 机、交流变频电机驱动控制后，永磁同 步电机驱动技术将会悄然进入工业车 辆应用领域，因此我们有必要对永磁同 步电机及其驱动控制技术作一些了解。 永磁电机包括永磁同步电机、无刷 直流电机、永磁直线电机以及其它特种 永磁电机等在内的多种不同类型，它们 普遍具有结构简单、功率因数和效率 高、运行可靠等诸多优点，被广泛应用 于航天航空、装备制造、工农业生产等 各个领域。近些年来，对永磁电机的开 发和应用研究成为世界各国电机电器 生产商以及各大高校和科研院所的研 究热点。从本期开始我将从应用背景、 永磁同步电机的结构和特点、永磁同步 电机的应用、永磁同步电机控制技术 4 个方面进行介绍。
1．应用背景 稀土对于世界各国来说都是十分 关注的重要战略资源。在我国稀土资源 的蕴藏量非常的丰富，稀土永磁材料的 广泛应用已深入国民经济的方方面面， 其产量与用量已成为衡量一个国家综 合国力与国民经济发展水平的重要标 志。在我国稀土资源品种全、质量高，开 发稀土材料具有得天独厚的优势。 各种稀土永磁材料在工业领域的 应用中，有关永磁电机的开发是一大热 点。永磁电机是由永磁材料建立励磁磁 场，并借以实现机械能和电能相互之间 能量转换的传动装置。它的发展与永磁 材料、电力电子技术、计算机技术、电机 控制理论的发展密不可分。自从上世纪 70 年代第一代稀土永磁合金材料进入 实用化阶段以来，随着对稀土永磁材料 研究的深入，永磁材料的性能得到了持 续的改良，各种高磁能积新型永磁材料 不断陆续出现。同时稀土永磁材料的价 格在逐年降低，这些都有力推动了稀土 永磁电机工业，使之不断朝着高功率密 度、集成化和灵活结构的应用方向发 展。再加上电力电子器件性能的不断提 高，以及现代控制理论、微机控制技术 和电机制造工艺的迅猛发展，在永磁同 步电机理论分析、电机设计和运行控制 等方面不断出现具有重要研究价值的 新课题。
2．永磁同步电机的结构和特点 图 1 是交流永磁电机的主要分类， 根据永磁体励磁磁场在定子绕组中感 应出的电动势波形的不同，交流永磁电 机主要分为无刷直流电机和永磁同步 电机两大类。(a) 无刷直流电机 (a) 永磁同步电机 图 2 永磁电机反电动势与电流关系波形 两种不同类型电机其一相气隙磁 场感应的反电动势与电流之间的关系 如图 2 所示。无刷直流电机为梯形反电 动势，定子绕组通入三相对称方波电流 以产生恒定转矩。永磁同步电机绕组反 电动势为正弦，可以通过接三相对称正 弦电源的方式得到恒定转矩。 无刷直流电机控制简单、成本低 廉，运行可靠程度较高。但是电机在运 转过程中由于电枢电流和电枢磁势的 不连续，会导致转矩存在一定的脉动， 使得转矩的控制性能难以得到提升，电 机在稳态运行时速度存在一定程度的 波动，这就限制了其在高精度、高性能 控制场合下的应用。相比而言永磁同步 电机运行时转速与电源频率严格保持 同步，转矩控制的稳定度高。与异步电 机等其他类型的电机相比永磁同步电 机具有体积小、质量轻、功率因数高、效 率高、磁通密度高、动态响应快、可靠性 高、无需维护、宽调速范围等许多优点， 经过数十年的发展其应用领域已经拓 展到航空航天、医疗、信息、家电以及工 业自动化等各个方面，成为电力传动系 统的主要应用之一，并有向着工业车辆 方向发展的趋势。 永磁同步电机的定子也由三相绕组 及铁心构成，这在结构上与异步电机大 体相同。为了减小电机转矩波动、提高电 机运行稳定性，定子绕组通常采用分布 式的短距绕组，同时绕组通常采用星形 连接以降低电机的杂散损耗。不同的永 磁同步电机其转子结构差别很大，根据 制造工艺的不同可以有多种分类：按磁 场方向，有径向和轴向磁场转子结构；按 定、转子的内外关系，可分为外转子结构 和内转子结构；从安装方式分有表面贴式、内插式以及内埋式这几种基本结构， 其转子的实际机械结构如图 3 所示。式、内插式以及内埋式这几种基本结构， 其转子的实际机械结构如图 3 所示。
未完待续
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