PMSM的分類和特點

1、永磁同步電動機的分類和特點一，永磁同步電動機的特點永磁同步電動機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點。和異步電動機相比，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；但它與異步電機相比，也有成本高、起動困難等缺點。和普通同步電動機相比，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，因此永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。我國是盛產(chǎn)永磁材料的國家，特別是稀土永磁材料鉉鐵硼資源在我國

2、非常豐富，稀土礦的儲藏量為世界其他各國總和的 4 4 倍左右，號稱“稀土王國”。稀士永磁材料和稀土永磁電機的科研水平都達到了國際先進水平。因此，對我國來說，永磁同步電動機有很好的應用前景。二，永磁同步電動機的分類永磁同步電動機的轉(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交流調(diào)速系統(tǒng)，習慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動機（Permanent-MagnetSy

3、nchronousMotorPMSM）調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波（方波）永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動機系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機（BLDCMBLDCM 調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動機的運行特性、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，永磁同步電動機主要可分為：表面式和內(nèi)置式。在表面式永磁同步電動機中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，這種電機的重要特點是直、交軸的主電感相等；而內(nèi)置式永磁同步電機的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，可以保護永磁體。這種永磁電機的重要特點是直、交軸的

4、主電感不相等。因此，這兩種電機的性能有所不同。三無刷直流電動機（BLDCMBLDCM1,1,BLDCMBLDCM 研究現(xiàn)狀永磁無刷直流電動機與傳統(tǒng)有刷直流電動機相比，是用電子換向取代原直流電動機的機械換向，并將原有刷直流電動機的定轉(zhuǎn)子顛倒(轉(zhuǎn)子采用永磁體)從而省去了機械換向器和電刷，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)(1)電樞反應引起的轉(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增大氣隙， 設(shè)計磁路時使電機在空載時達到足夠飽和，以及電機選擇瓦形或環(huán)形永磁體徑向勵磁結(jié)構(gòu)等。(2)(2)電流換相

5、引起的轉(zhuǎn)矩脈動其抑制措施是通過選擇適當?shù)碾姍C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)(3)齒槽效應引起的轉(zhuǎn)矩脈動減弱齒槽效應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，另外還可適當增大氣隙，采用分數(shù)槽也有助于減少齒槽轉(zhuǎn)矩脈動如果制造無槽電機則是一種最有效的方法。(4)(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。不過，要想找到更精確的電流控制方法，還需在實踐中進行更深入的探索和研究。(5)(5)機械加工因素引起的轉(zhuǎn)

6、矩脈動譬如，制造電機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.BLDCM2.BLDCM 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，一些先進的控制策略方法(如滑?？刂啤⒆兘Y(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步，人們保護生存環(huán)境意識不斷增強，選用高性能會成為電機產(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行業(yè)中獲得更廣泛的應用。四永磁同步

7、電機(PMSM)PMSM)1.1. PMSMPMSM 的種類采用正弦波的永磁同步電動機可根據(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； 一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁式永磁同步電動機；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。2.2. PMSMPMSM 的研究現(xiàn)狀雖然 BLDCMBLDCM 比 PMSMPMSM 具有控制簡單，成本低，檢測簡單等優(yōu)點，但因為 BLDCMBLDCM 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)動場合的應用中，PMSMPMSM 的性能比 BLDCBLDCM M及其它交流伺服電動機優(yōu)越得多。 不過在發(fā)展高性能 PMSMP

8、MSM 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)(1)PMSMPMSM 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)(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)器件和實現(xiàn)無傳感器檢測的方法均可克服這種影響。(3)(3)以 PMSMPMSM 作為執(zhí)行元件構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)，由于 PMSMPMSM 本身就是具有一定非線性、強藕合性和時變性的“系統(tǒng)”，同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運行時易受到不同程度的干擾，因此采用先進控制策略，先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)方式如基于控制，以從整體上提高系

9、統(tǒng)的“智能化、數(shù)字化”水平，這應是當前發(fā)展高性能 PMSMPMSM伺服系統(tǒng)的一個主要的“突破口”。3.3. PMSMPMSM 的發(fā)展趨勢PMSMPMSM 伺服系統(tǒng)從其應用領(lǐng)域的特點和自身技術(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)控機床、辦公自動化設(shè)備、家用電器、計算機外圍設(shè)備以及對性能要求不高的工業(yè)運動控制等領(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)控機床、機器人、特種加工設(shè)備精細進給驅(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 PMSMPMSM 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，今后必將成為重點發(fā)展方向。五，PMSMPMSM 與

10、BLDCMBLDCM 矢量控制系統(tǒng)的比較永磁同步電機與無刷直流電機有許多類似之處，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)別是永磁同步電機的反電勢為正弦波，無刷直流電動機的反電勢為梯形波。為了產(chǎn)生恒定力矩，永磁同步電機需要的定子電流為正弦波對稱電流，無刷直流電機需要的定子電流為方波電流。由于電磁慣性，無刷直流電機的定子電流實際上為梯形波，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（BLDCMBLDCM 較永磁同步電機（PMSMPMSM）脈動力矩大。日TH在高精度伺服驅(qū)動中，永磁同步電機有較大競爭力。在另一方面，永磁同步電機單位電流產(chǎn)生的力矩較無刷直流電機單

11、位電流產(chǎn)生的力矩小。在驅(qū)動同容量的電動機時，永磁同步電機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。無刷直流電機定子電流為方波，每相開通 12001200 電角度，然后關(guān)斷 600600 電角度。每60600 0電角度有一個開關(guān)改變狀態(tài)，所以無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置檢測器只需要每隔 600600 電角度輸出一個脈沖。永磁同步電機定子電流為正弦波，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。永磁同步電機的交軸電抗和直軸電抗隨電機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。永磁同步電機對參數(shù)的變化較無刷直流機敏感，但當永磁同步電機工作于電流控制方式時，磁阻轉(zhuǎn)矩很小，永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)對參數(shù)變化的敏感性與無刷直流機基本相同。當電機轉(zhuǎn)速較高，無刷直流電機反電勢與直流母線電壓相同時，反電勢限制了定子電流。而永磁同步電機能夠采用弱磁控制，因此具有較大的調(diào)速范圍