PMSM的分類和特點(diǎn)

1、永磁同步電動機(jī)的分類和特點(diǎn)一，永磁同步電動機(jī)的特點(diǎn)永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機(jī) 相比，它沒有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。 和異步電動機(jī)相比， 它由于不需 要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電 阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好；但它與異步電機(jī)相比， 也有成本高、 起動困難等缺點(diǎn)。和普通同步電動機(jī)相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，提 高了效率。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、 高動態(tài)性能、 大范圍的 調(diào)速或定位控制，因此永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。我國是盛產(chǎn)永磁材料的國家，特別是稀土永

2、磁材料釹鐵硼資源在我國非常豐富，稀土礦的儲藏量為世界其他各國總和的 4倍左右，號稱“稀土王國” 。稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。 因此，對我國來說，永磁同步電動機(jī)有很好的應(yīng)用前景。二，永磁同步電動機(jī)的分類永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場在空間的分布 可分為正弦波和梯形波兩種。 因此， 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時， 在定子上產(chǎn)生的反電動勢波 形也有兩種： 一種為正弦波； 另一種為梯形波。 這樣就造成兩種同步電動機(jī)在原 理、模型及控制方法上有所不同， 為了區(qū)別由它們組成的永磁同步電動機(jī)交流調(diào) 速系統(tǒng)，習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步

3、電動機(jī)（ Permanent-Magnet Synchronous Motor PMSM ）調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波（方 波）永磁同步電動機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)， 在原理和控制方法上與直流電動機(jī)系統(tǒng)類 似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機(jī)（BLDCM調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同， 則電動機(jī)的運(yùn)行特性、 控制系統(tǒng)等也不 同。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置的不同， 永磁同步電動機(jī)主要可分為： 表面式和 內(nèi)置式。 在表面式永磁同步電動機(jī)中， 永磁體通常呈瓦片形， 并位于轉(zhuǎn)子鐵心的 外表面上， 這種電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、 交軸的主電感相等； 而內(nèi)置式永磁同步電 機(jī)的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部， 永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)

4、圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的 極靴，可以保護(hù)永磁體。這種永磁電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。 因此，這兩種電機(jī)的性能有所不同。無刷直流電動機(jī)（ BLDCM）1 , BLDCM研究現(xiàn)狀永磁無刷直流電動機(jī)與傳統(tǒng)有刷直流電動機(jī)相比 , 是用電子換向取代原直流電 動機(jī)的機(jī)械換向 , 并將原有刷直流電動機(jī)的定轉(zhuǎn)子顛倒（轉(zhuǎn)子采用永磁體）從而 省去了機(jī)械換向器和電刷，其定子電流為方波 , 而且控制較簡單 , 但在低速運(yùn)行 時性能較差 , 主要是受轉(zhuǎn)矩脈動的影響。引起轉(zhuǎn)矩脈動的因素很多 , 主要有以下原因：（1）電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動減弱或克服這種原因造成轉(zhuǎn)矩脈動采用的方法是適當(dāng)增大氣隙 , 設(shè)計磁路時使電

5、機(jī)在空載時達(dá)到足夠飽和 , 以及電機(jī)選擇瓦形或環(huán)形永磁體徑向勵磁結(jié)構(gòu)等。（2）電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動其抑制措施是通過選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速來削弱換相轉(zhuǎn)矩脈動的影響 , 或采用重疊換相法來抑制相電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動。（3）齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動減弱齒槽效應(yīng)最普通的方法是合理地選擇極槽配 合, 要么采用斜槽 , 或轉(zhuǎn)子采用斜極 , 另外還可適當(dāng)增大氣隙 , 采用分?jǐn)?shù)槽也有 助于減少齒槽轉(zhuǎn)矩脈動如果制造無槽電機(jī)則是一種最有效的方法。（4）電流調(diào)節(jié)誤差引起的轉(zhuǎn)矩脈動克服這種原因所造成的轉(zhuǎn)矩脈動可通過改進(jìn)電流控制方法來提高電流控制的精 度, 以減小電流脈動 , 從而把由電流調(diào)節(jié)引起的轉(zhuǎn)矩脈動降到最低限度。

6、不過 , 要想找到更精確的電流控制方法 , 還需在實(shí)踐中進(jìn)行更深入的探索和研究。（5）機(jī)械加工因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動譬如 , 制造電機(jī)所用材料的不一致性、轉(zhuǎn)子的偏心、各相繞組的不對稱等都易引 起轉(zhuǎn)矩的脈動 , 可以采用選擇高質(zhì)量材料 , 提高工藝加工水平的辦法來減弱它的 影響。2.BLDC M的發(fā)展趨勢自八十年代以來 , 控制技術(shù)尤其是控制理論策略發(fā)展十分迅猛 , 一些先進(jìn)的控制 策略方法（如滑?？刂?、變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、專家控制等）正被嘗試著引入 永磁無刷電動機(jī)控制器中， 這為推動高性能向智能化、 柔性化、 全數(shù)字化方向發(fā) 展開辟了新道路 , 加上人類社會不斷的進(jìn)步 , 人們保護(hù)生存環(huán)境意識不

7、斷增強(qiáng) , 選用高性能會成為電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢 , 而且它將會在電動汽車、 家用 電器及工廠自動化等小電機(jī)行業(yè)中獲得更廣泛的應(yīng)用。四 永磁同步電機(jī)（ PMSM）1PMSM 的種類采用正弦波的永磁同步電動機(jī)可根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上放置的位置分為三種：永磁體埋在轉(zhuǎn)子內(nèi)的內(nèi)磁式永磁同步電動機(jī)； 一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁 式永磁同步電動機(jī)；第三種是永磁體嵌入或部分嵌入的嵌入式永磁同步電動機(jī)。2. PMSM的研究現(xiàn)狀雖然BLDCM比PMSM具有控制簡單，成本低,檢測簡單等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)锽LDCM的 轉(zhuǎn)矩脈動比較大，鐵心損耗也較大，所以在低速直接驅(qū)動場合的應(yīng)用中，PMSM的 性能比BLDCM及其它

8、交流伺服電動機(jī)優(yōu)越得多。不過在發(fā)展高性能 PMSM中也 遇到幾個“ 瓶頸” 問題有待于作更深入的研究和探索。存在的主要問題如下：（1）PMSM在使用過程中出現(xiàn)“退磁”現(xiàn)象，而且在低速時也存在齒槽轉(zhuǎn)矩對其轉(zhuǎn)矩波動的影響。（2）檢側(cè)誤差對控制器調(diào)節(jié)性能有影響 , 發(fā)展高精度的速度及位置檢側(cè)器件和實(shí)現(xiàn)無傳感器檢測的方法均可克服這種影響。（3）以PMSM作為執(zhí)行元件構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng),由于PMSM本身就是具 有一定非線性、強(qiáng)藕合性和時變性的“ 系統(tǒng)” , 同時其伺服對象也存在較強(qiáng)的 不確定性和非線性 , 加之系統(tǒng)運(yùn)行時易受到不同程度的干擾 , 因此采用先進(jìn)控制 策略, 先進(jìn)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式如基于

9、控制 , 以從整體上提高系統(tǒng)的“ 智能化、數(shù)字化” 水平, 這應(yīng)是當(dāng)前發(fā)展高性能 PMSM伺服系統(tǒng)的一個主要的“ 突破口”。3. PMSM的發(fā)展趨勢PMSM伺服系統(tǒng)從其應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)和自身技術(shù)的發(fā)展來看，將會朝著以下兩個 方向發(fā)展一是適用于簡易數(shù)控機(jī)床、 辦公自動化設(shè)備、 家用電器、 計算機(jī)外圍設(shè) 備以及對性能要求不高的工業(yè)運(yùn)動控制等領(lǐng)域的簡易、 低成本伺服系統(tǒng)另一方向 則是向適用于高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、特種加工設(shè)備精細(xì)進(jìn)給驅(qū)動以及航空、 航天用的高性能全數(shù)字化、智能化、柔性化的PMSM伺服系統(tǒng)發(fā)展而且后一個發(fā)展方向更能充分體現(xiàn)璐伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) , 今后必將成為重點(diǎn)發(fā)展方向。五，PMSM與BL

10、DCM矢量控制系統(tǒng)的比較永磁同步電機(jī)與無刷直流電機(jī)有許多類似之處， 轉(zhuǎn)子上均有永磁磁極， 定子電樞 需要交變電流以產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，其主要區(qū)別是永磁同步電機(jī)的反電勢為正弦波， 無刷直流電動機(jī)的反電勢為梯形波。 為了產(chǎn)生恒定力矩， 永磁同步電機(jī)需要的定 子電流為正弦波對稱電流，無刷直流電機(jī)需要的定子電流為方波電流。由于電磁慣性，無刷直流電機(jī)的定子電流實(shí)際上為梯形波， 而無法產(chǎn)生方波電流， 并由集中繞組供電，所以無刷直流電動機(jī)（BLDCM較永磁同步電機(jī)（PMSM）脈 動力矩大。在高精度伺服驅(qū)動中，永磁同步電機(jī)有較大競爭力。在另一方面，永 磁同步電機(jī)單位電流產(chǎn)生的力矩較無刷直流電機(jī)單位電流產(chǎn)生的力矩小。

11、 在驅(qū)動 同容量的電動機(jī)時， 永磁同步電機(jī)所需逆變器容量大并且需要控制電流為正弦波， 開關(guān)損耗大很多。無刷直流電機(jī)定子電流為方波，每相開通 1200 電角度，然后關(guān)斷 600 電角度。 每 600 電角度有一個開關(guān)改變狀態(tài)， 所以無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測器只需要每 隔 600 電角度輸出一個脈沖。 永磁同步電機(jī)定子電流為正弦波， 定子電流瞬時值 取決于轉(zhuǎn)子的瞬時位置，所以必須連續(xù)地檢測轉(zhuǎn)子位置。永磁同步電機(jī)的交軸電抗和直軸電抗隨電機(jī)磁路飽和等因素而變化， 從而影響輸 出力矩的磁阻力矩分量。 永磁同步電機(jī)對參數(shù)的變化較無刷直流機(jī)敏感， 但當(dāng)永 磁同步電機(jī)工作于電流控制方式時， 磁阻轉(zhuǎn)矩很小， 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 對參數(shù)變化的敏感性與無刷直流機(jī)基本相同。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高， 無刷直流電機(jī)反電勢與直流母線電壓相同時， 反電勢限制了定 子電流。而永磁同步電機(jī)能夠采用弱磁控制，因此具有較大的調(diào)速范圍