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西林叉車之——永磁同步電機的驅動控制技術（
作者：西林叉車 時間：【 2019-12-13】 文章來源：
? ? 西林叉車之——永磁同步電機的驅動控制技術（1、2）
在我們玩完了串勵電機、他勵電 機、交流變頻電機驅動控制后，永磁同 步電機驅動技術將會悄然進入工業車 輛應用領域，因此我們有必要對永磁同 步電機及其驅動控制技術作一些了解。 永磁電機包括永磁同步電機、無刷 直流電機、永磁直線電機以及其它特種 永磁電機等在內的多種不同類型，它們 普遍具有結構簡單、功率因數和效率 高、運行可靠等諸多優點，被廣泛應用 于航天航空、裝備制造、工農業生產等 各個領域。近些年來，對永磁電機的開 發和應用研究成為世界各國電機電器 生產商以及各大高校和科研院所的研 究熱點。從本期開始我將從應用背景、 永磁同步電機的結構和特點、永磁同步 電機的應用、永磁同步電機控制技術 4 個方面進行介紹。
1．應用背景 稀土對于世界各國來說都是十分 關注的重要戰略資源。在我國稀土資源 的蘊藏量非常的豐富，稀土永磁材料的 廣泛應用已深入國民經濟的方方面面， 其產量與用量已成為衡量一個國家綜 合國力與國民經濟發展水平的重要標 志。在我國稀土資源品種全、質量高，開 發稀土材料具有得天獨厚的優勢。 各種稀土永磁材料在工業領域的 應用中，有關永磁電機的開發是一大熱 點。永磁電機是由永磁材料建立勵磁磁 場，并借以實現機械能和電能相互之間 能量轉換的傳動裝置。它的發展與永磁 材料、電力電子技術、計算機技術、電機 控制理論的發展密不可分。自從上世紀 70 年代第一代稀土永磁合金材料進入 實用化階段以來，隨著對稀土永磁材料 研究的深入，永磁材料的性能得到了持 續的改良，各種高磁能積新型永磁材料 不斷陸續出現。同時稀土永磁材料的價 格在逐年降低，這些都有力推動了稀土 永磁電機工業，使之不斷朝著高功率密 度、集成化和靈活結構的應用方向發 展。再加上電力電子器件性能的不斷提 高，以及現代控制理論、微機控制技術 和電機制造工藝的迅猛發展，在永磁同 步電機理論分析、電機設計和運行控制 等方面不斷出現具有重要研究價值的 新課題。
2．永磁同步電機的結構和特點 圖 1 是交流永磁電機的主要分類， 根據永磁體勵磁磁場在定子繞組中感 應出的電動勢波形的不同，交流永磁電 機主要分為無刷直流電機和永磁同步 電機兩大類。(a) 無刷直流電機 (a) 永磁同步電機 圖 2 永磁電機反電動勢與電流關系波形 兩種不同類型電機其一相氣隙磁 場感應的反電動勢與電流之間的關系 如圖 2 所示。無刷直流電機為梯形反電 動勢，定子繞組通入三相對稱方波電流 以產生恒定轉矩。永磁同步電機繞組反 電動勢為正弦，可以通過接三相對稱正 弦電源的方式得到恒定轉矩。 無刷直流電機控制簡單、成本低 廉，運行可靠程度較高。但是電機在運 轉過程中由于電樞電流和電樞磁勢的 不連續，會導致轉矩存在一定的脈動， 使得轉矩的控制性能難以得到提升，電 機在穩態運行時速度存在一定程度的 波動，這就限制了其在高精度、高性能 控制場合下的應用。相比而言永磁同步 電機運行時轉速與電源頻率嚴格保持 同步，轉矩控制的穩定度高。與異步電 機等其他類型的電機相比永磁同步電 機具有體積小、質量輕、功率因數高、效 率高、磁通密度高、動態響應快、可靠性 高、無需維護、寬調速范圍等許多優點， 經過數十年的發展其應用領域已經拓 展到航空航天、醫療、信息、家電以及工 業自動化等各個方面，成為電力傳動系 統的主要應用之一，并有向著工業車輛 方向發展的趨勢。 永磁同步電機的定子也由三相繞組 及鐵心構成，這在結構上與異步電機大 體相同。為了減小電機轉矩波動、提高電 機運行穩定性，定子繞組通常采用分布 式的短距繞組，同時繞組通常采用星形 連接以降低電機的雜散損耗。不同的永 磁同步電機其轉子結構差別很大，根據 制造工藝的不同可以有多種分類：按磁 場方向，有徑向和軸向磁場轉子結構；按 定、轉子的內外關系，可分為外轉子結構 和內轉子結構；從安裝方式分有表面貼式、內插式以及內埋式這幾種基本結構， 其轉子的實際機械結構如圖 3 所示。式、內插式以及內埋式這幾種基本結構， 其轉子的實際機械結構如圖 3 所示。
未完待續
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在我們玩完了串勵電機、他勵電 機、交流變頻電機驅動控制后，永磁同 步電機驅動技術將會悄然進入工業車 輛應用領域，因此我們有必要對永磁同 步電機及其驅動控制技術作一些了解。 永磁電機包括永磁同步電機、無刷 直流電機、永磁直線電機以及其它特種 永磁電機等在內的多種不同類型，它們 普遍具有結構簡單、功率因數和效率 高、運行可靠等諸多優點，被廣泛應用 于航天航空、裝備制造、工農業生產等 各個領域。近些年來，對永磁電機的開 發和應用研究成為世界各國電機電器 生產商以及各大高校和科研院所的研 究熱點。從本期開始我將從應用背景、 永磁同步電機的結構和特點、永磁同步 電機的應用、永磁同步電機控制技術 4 個方面進行介紹。
1．應用背景 稀土對于世界各國來說都是十分 關注的重要戰略資源。在我國稀土資源 的蘊藏量非常的豐富，稀土永磁材料的 廣泛應用已深入國民經濟的方方面面， 其產量與用量已成為衡量一個國家綜 合國力與國民經濟發展水平的重要標 志。在我國稀土資源品種全、質量高，開 發稀土材料具有得天獨厚的優勢。 各種稀土永磁材料在工業領域的 應用中，有關永磁電機的開發是一大熱 點。永磁電機是由永磁材料建立勵磁磁 場，并借以實現機械能和電能相互之間 能量轉換的傳動裝置。它的發展與永磁 材料、電力電子技術、計算機技術、電機 控制理論的發展密不可分。自從上世紀 70 年代第一代稀土永磁合金材料進入 實用化階段以來，隨著對稀土永磁材料 研究的深入，永磁材料的性能得到了持 續的改良，各種高磁能積新型永磁材料 不斷陸續出現。同時稀土永磁材料的價 格在逐年降低，這些都有力推動了稀土 永磁電機工業，使之不斷朝著高功率密 度、集成化和靈活結構的應用方向發 展。再加上電力電子器件性能的不斷提 高，以及現代控制理論、微機控制技術 和電機制造工藝的迅猛發展，在永磁同 步電機理論分析、電機設計和運行控制 等方面不斷出現具有重要研究價值的 新課題。
2．永磁同步電機的結構和特點 圖 1 是交流永磁電機的主要分類， 根據永磁體勵磁磁場在定子繞組中感 應出的電動勢波形的不同，交流永磁電 機主要分為無刷直流電機和永磁同步 電機兩大類。(a) 無刷直流電機 (a) 永磁同步電機 圖 2 永磁電機反電動勢與電流關系波形 兩種不同類型電機其一相氣隙磁 場感應的反電動勢與電流之間的關系 如圖 2 所示。無刷直流電機為梯形反電 動勢，定子繞組通入三相對稱方波電流 以產生恒定轉矩。永磁同步電機繞組反 電動勢為正弦，可以通過接三相對稱正 弦電源的方式得到恒定轉矩。 無刷直流電機控制簡單、成本低 廉，運行可靠程度較高。但是電機在運 轉過程中由于電樞電流和電樞磁勢的 不連續，會導致轉矩存在一定的脈動， 使得轉矩的控制性能難以得到提升，電 機在穩態運行時速度存在一定程度的 波動，這就限制了其在高精度、高性能 控制場合下的應用。相比而言永磁同步 電機運行時轉速與電源頻率嚴格保持 同步，轉矩控制的穩定度高。與異步電 機等其他類型的電機相比永磁同步電 機具有體積小、質量輕、功率因數高、效 率高、磁通密度高、動態響應快、可靠性 高、無需維護、寬調速范圍等許多優點， 經過數十年的發展其應用領域已經拓 展到航空航天、醫療、信息、家電以及工 業自動化等各個方面，成為電力傳動系 統的主要應用之一，并有向著工業車輛 方向發展的趨勢。 永磁同步電機的定子也由三相繞組 及鐵心構成，這在結構上與異步電機大 體相同。為了減小電機轉矩波動、提高電 機運行穩定性，定子繞組通常采用分布 式的短距繞組，同時繞組通常采用星形 連接以降低電機的雜散損耗。不同的永 磁同步電機其轉子結構差別很大，根據 制造工藝的不同可以有多種分類：按磁 場方向，有徑向和軸向磁場轉子結構；按 定、轉子的內外關系，可分為外轉子結構 和內轉子結構；從安裝方式分有表面貼式、內插式以及內埋式這幾種基本結構， 其轉子的實際機械結構如圖 3 所示。式、內插式以及內埋式這幾種基本結構， 其轉子的實際機械結構如圖 3 所示。
未完待續
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