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永磁同步电机25112

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永磁同步电机

永磁同步电机是交流驱动系统以永磁同步电机为驱动电机的设备，它以永磁体替代电励磁电机的励磁绕组。随着新材料、机电一体化、电力电子、计算机、控制理论等各种相关新技术的快速发展，永磁同步电机控制系统已经开拓了很广泛的应用领域，能够实现高速、高精度、高稳定度、快速响应、高效节能的运动控制。

目录

?永磁同步电机的背景介绍

?永磁同步电机的系统结构

?永磁同步电机的数学模型

?永磁同步电机的控制策略

?永磁同步电机的背景介绍

o永磁同步电机概述永磁同步电机出现于20世纪50年代，它的运行原理与普通电激磁同步电机相同，但以永磁体激磁替代激磁绕

组激磁使得电机结构简单。永磁同步电机省略了普通同步电机所

特有的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。由永磁体激

磁，无须激磁电流，因而提高了电机的效率和功率因数。

普通同步电机调节励磁电流的大小可以人为地改变励磁磁势的大

小。永磁同步电机以永磁体代替电励磁绕组作为磁势源，它对外

提供的磁通‰和磁势L随着外磁路磁导和电枢反应磁场的变化而

自动变化，无法直接调节永磁铁磁势的大小。永磁体作为磁路的

一部分，由于磁铁的磁导率低，对电枢反应磁场起削弱作用，使

得永磁同步电机的直轴电枢反应电抗比交轴反应电抗小得多。

普遍认为永磁同步电机存在着无异步起动能力和重载时有振荡失

步的危险。永磁同步电机起动时，虽然定子绕组中通以交变电流

并建立旋转的定子磁场，旋转的定子磁场在永磁体磁极中产生相

互作用，由于其转子惯性较大，使得电机无法获得足够的起动力

矩。永磁同步电机以某一频率旋转时，负载的变化只是改变了定

子磁场轴线与转子磁极轴线的夹角，此时电机仍保持同步转速旋

转，当定子磁场轴线与转子磁极轴线的夹角增大并超过最大负载

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角，此时电机定子磁场与转子永磁体问的磁力将无法维持负载平

衡，使得转子脱离同步转速发生失步。

电机调速技术为解决永磁同步电机异步起动和失步振荡问题提供

了解决办法。永磁同步电机起动时，频率的升高而逐渐升高至某

一转速，完成起动过程。在变频调速中对转速和转矩实行闭环控

制，可随时调节同步转速，避免永磁同步电机出现失步现象。

有别于异步电机，同步电机只能通过调频的方式进行调速。尽管

电机转速可与电源频率保持同步，但对于车辆行驶工况中存在不

确定负载扰动的场合，仅仅依靠外部装置设置供电频率的方式达

不到电动汽车的性能要求。反馈电机转速信息，由电机转子轴上

的位置传感器发出的脉冲控制定子电压频率能够获得更好的效

果。永磁同步电机能够满足电动汽车的驱动要求，在电动汽车的

应用中越来越受到重视。

?永磁同步电机的系统结构

o永磁同步电机伺服系统除电机外，系统主要包括驱动单元、位置控制系统、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元、电

流反馈单元、通讯接口单元等。

1．永磁式交流同步伺服电机。永磁同步电机永磁式同步电机具

有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点。和直流

电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等需要更多维护给应

用带来不便的缺点。相对异步电动机而言则比较简单，定子电流

和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好，但存在最

大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较

小，成本高和起动困难等缺点。与普通同步电动机相比，它省去

了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机系统能够

实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁

同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。

2．驱动单元。驱动单元采用三相全桥自控整流，三相正弦PWM

电压型逆变器变频的AC-DC-AC结构。设有软启动电路和能耗

泄放电路可避免上电时出现过大的瞬时电流以及电机制动时产生

很高的泵升电压。逆变部分采用集驱动电路，保护电路和功率开

关于一体的智能功率模块(IPM)。

3．控制单元。控制单元是整个交流伺服系统的核心, 实现系统位

置控制、速度控制、转矩和电流控制器。具有快速的数据处理能

力的数字信号处理器(DSP)被广泛应用于交流伺服系统，集成了

丰富的用于电机控制的专用集成电路，如A/D转换器、PWM发

生器、定时计数器电路、异步通讯电路、CAN总线收发器以及

高速的可编程静态RAM和大容量的程序存储器等。

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