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：【 2019-12-14】 文章来源：
西林叉车之——永磁同步电机的驱动控制技术（2）
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3、永磁同步电机的应用 高性能永磁材料的发展为永 磁电机的研制和推广应用开辟了 一个十分广阔的空间。近年来，永 磁电机在国内外发展迅速，已在航 天航空、石油机械、工程机械、国防 等领域得到应用，功率从几千瓦到 数兆瓦，在其中一些领域与已形成 规模化生产。 (1)高精度伺服控制系统 随着自动控制理论和现代科 学技术的飞速发展，伺服系统在许 多高科技领域得到了非常广泛的 应用，如激光加工、机器人、数控机 床、大规模集成电路制造、办公自 动化设备、雷达和各种军用武器随 动系统以及柔性制造系统等等。经 过几十年的发展，交流伺服系统逐 渐取代直流伺服系统，成为伺服系 统的主流。作为交流伺服系统的执 行机构，交流伺服电机应尽可能体 积小，重量轻，力矩大，并以准确、 快速的动作完成指令要求的任务。 永磁同步电机转矩稳态控制精度 高、动态响应迅速，并且电机的转 动惯量可以做到比较小，这些都有 利于精密控制系统的事项驱动。在 工作状态上永磁同步电机可以带 负载转矩直接起动，并且可以实现 低速下大转矩稳定运行，同时还具 有很强的环境适应性，使得其在各 种传动系统特别是在中小容量的 伺服系统中得到了广泛的应用。目 前，永磁同步电机交流伺服系统在 技术上已经趋于完全成熟，不仅具 备了十分优良的低速性能，并可实 现弱磁高速控制，拓宽了系统的调 速范围，能够适应高性能伺服驱动 的要求。随着永磁材料性能的大幅 度提高和价格的进一步降低，其在 工业生产自动化领域中的应用将 更加广泛。 (2)电动汽车 进入 21 世纪以来，受到全球 石油危机的影响以及各国对环境 保护的日益重视，对采用新型能源 的电动汽车的研究开发得到全球 各大企业和科研单位的普遍重视 和广泛关注。电动汽车的特点有： 效率高，比传统燃油汽车高出近 50%以上；噪声低，仅为传统汽车噪 音的 25%；无尾气排放，具有良好 的环境保护效果；排放的废热少， 可以有效减轻城市 “热岛效应”； 可回收利用的能量多；可以改善能 源结构，解决汽车的能源替代问 题；结构简单，使用维护方便等。在 各种电动车驱动电机中，永磁同步 电动机是发展方向之一。电动汽车 对其驱动电机的效率、尺寸、质量 均有较高的要求。永磁同步电动机 具有高效率、大转矩密度、高控制 精度、宽调速范围、低振动噪声等 特点，通过合理设计转子磁路结构 能达到较高的弱磁性及磁阻转矩 的可利用性，使其在电动汽车特别 是高档电动汽车驱动方面具有很 高的应用价值，吸引众多学者对其 研究开发，无论是在电机的本体设 计还是在电机的控制技术上，都取 得了很大的成果。 (3)风力发电 永磁同步电机在风力发电领 域也有着大量的应用，目前市场上 主流的变速恒频风力发电机组主 要有如下两种机型：双馈式风力发 电机组和永磁直驱式风力发电机 组。永磁直驱型风力发电系统采用 风轮直接驱动多极低速永磁同步 发电机，通过功率变换器将电能转 换后并入电网，省去了双馈风力发 电系统中昂贵且故障率较高的齿 轮箱。传动系统部件的减少提高了 系统的可靠性和能量的转换效率， 降低了风电发电机组的运行和维 护成本，缩短了整机的生产周期； 其次，转子为永磁体，不需要外部 提供励磁电源，发电机运行效率 高，不存在滑环和电刷，可显著提 高机组可靠性；再者，发电机通过 全功率变流装置接入电网，可实现 机侧变流器和网侧变流器对有功、 无功功率的灵活控制；发电机定子 不是直接与电网相连接，使发电机 与电网之间的相互影响减少，若出 现电网故障对发电机的损害较小。 这些优点促使直驱型风电机组越 来越受到广泛的关注，成为风力发 电技术最具潜力的发展方向之一。 (4)电梯曳引系统 在传统的电梯曳引技术中，异 步电机加减速机构的有齿轮间接 驱动系统被长期广泛采用。这种有 齿轮驱动系统存在着材料消耗大、 运行效率低以及维护繁、噪声大等 缺点。相比传统有齿轮驱动的电梯 系统，采用永磁同步电动机的电梯 系统占用空间紧凑、电机操控简 单、控制精度高，且电机可以实现 大负载的低速直接驱动运行，无需 齿轮箱，电梯的启停十分平稳，整 体噪声低，运行舒适性高。用在电 梯曳引驱动系统中的永磁同步电 机一般采用多极结构，以便具有低 速大转矩的性能。采用多极结构对 于异步电动机会降低其功率因数 和效率，而不论极数多少，永磁同 步电动机都能获得很高的功率因 数和效率。对于永磁同步电机当负 载转矩发生变化时只需调整电机 的功角即能获得快速的转矩响应， 相比异步电机有着更强的转矩抗 扰动的能力。 (5)船舶电力推进 传统船舶推进方式采用柴油 机带动螺旋桨推动船舶前进，柴油 机一般都是低速柴油机，柴油机的 转速需要根据船舶的运行快慢而 改变，其运行效率比较低。随着电 力电子技术的进步逐步发展出了 综合电力推进系统，其主要特点 是：效率高，油耗低，对环境污染 小；设备体积小，结构紧凑，舱内空 间布置灵活；船舱噪声小，振动低； 船舶操作性、灵活性明显提高。另 外，电力推进船舶还有全船自动化 程度高、所需定员少、建造周期短、 全寿命周期费用低等优点。在电力 推进系统的研究和开发领域中，永 磁同步电机以其体积小、重量轻、 效率高、转动惯量小，可靠性高等 优点使舰船的作战能力及续航能 力得到了很大的提高，目前已成为 国内外船舶设计者和推进技术专 家的研究焦点。 永磁同步电机除了在高精伺 服、电动汽车、风力发电等领域得 到广泛应用外，在航天航空、电力 机车牵引等领域都有着很好应用 前景。随着新型永磁材料的进一步 发展、电机制造工艺和控制技术的 不断提高，永磁同步电机在电力传 动领域的应用将会越来越广泛。
未完待续
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