永磁同步電機(jī)的種類和基本結(jié)構(gòu)及其控制策略綜述

　　近年來(lái)隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，特別是稀土永磁材料，磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，加之我國(guó)擁有世界上最大的高能量密度永磁材料（釹—鐵—硼）的儲(chǔ)量，使得永磁電機(jī)活躍在各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中。永磁同步電機(jī)（PMSM）是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的電機(jī)，具有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高、功率密度大、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此十分適合應(yīng)用于高性能伺服系統(tǒng)中，例如在數(shù)控機(jī)床等場(chǎng)合，永磁同步電動(dòng)機(jī)正在逐步取代直流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)。同時(shí)由于永磁同步電機(jī)無(wú)需激磁繞組，明顯地減小了體積，減輕了重量，降低了損耗，避免了電機(jī)發(fā)熱，從而提高了效率和功率因數(shù)，具有明顯的節(jié)能效果。

　　尤其在現(xiàn)代的PMSM 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，它比異步電動(dòng)機(jī)更便于實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向控制，可以獲得與直流電動(dòng)機(jī)一樣優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，使控制系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)特性。

　　1 永磁同步電機(jī)的種類和基本結(jié)構(gòu)

　　就轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)看，永磁同步電機(jī)分凸裝式、嵌入式和內(nèi)埋式三種基本形式，如圖1 所示，前兩種又統(tǒng)稱為外裝式結(jié)構(gòu)。凸裝式直軸磁阻與交軸磁阻相等，因此交、直軸電感相等，即Ld=Lq，表現(xiàn)為隱極性質(zhì)；另外兩種結(jié)構(gòu)，直軸磁阻大于交軸磁阻，因此Ld《Lq，表現(xiàn)為凸極電機(jī)的性質(zhì)。值得注意的是，通過改變除凸裝式以外結(jié)構(gòu)的永磁體磁化方向長(zhǎng)度、極弧系數(shù)等結(jié)構(gòu)尺寸，可以得到較大的直交軸電感比，從而提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出及弱磁擴(kuò)速能力。

　　凸裝式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便宜，應(yīng)用較多。這種結(jié)構(gòu)中電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑變得較小，從而導(dǎo)致電機(jī)的小慣量，故適用于伺服系統(tǒng)。然而在PMSM中小電感不總是有利，因?yàn)樾‰姼袑?dǎo)致弱磁控制。在弱磁控制期間雖然電壓已經(jīng)達(dá)到逆變器所能提供的最大值，但速度依然需要不斷上升。弱磁控制是通過增加反相直軸定子電流分量實(shí)現(xiàn)的，若電感很小，就只能通過很大的去磁電流和低負(fù)載實(shí)現(xiàn)弱磁。