永磁同步电机之调速永磁同步电动机

    调速永磁同步电动机又称为正弦波电流驱动永磁无刷电动机。相对于方波电流驱动永磁无刷电动机，调速永磁同步电动机避免了电流换向时产生的较大转矩脉动，具有更理想的伺服驱动性能。永磁同步电动机及其驱动系统是在以下基础上发展起来的：①高性能钦铁硼永磁材料的出现及其性能的日益提高；②矢量控制理论的提出；③高性能、高集成度的电子元器件、微处理器以及专用集成电路的出现和应用，以及大功率、大电流、高电压、高开关速度的功率电子器件的出现。高性能钦铁硼永磁材料的出现，提高了电机的功率密度、转矩密度和运行效率，降低了其体积及重量，扩大了其应用领域，并使电动机向大功率化发展。矢量控制理论从原理上解决了包括调速永磁同步电动机在内的交流电动机的驱动控制策略问题，使交流电动机可以像直流电动机那样进行控制。电子技术的发展不但使控制策略得以实现，而且使成本及电路体积大大降低。调速永磁同步电动机在结构形式及理论分析上都和非调速永磁同步电动机类似，但采用新的控制策略―矢量控制理论进行控制时，具有和直流电动机类似的特性，其运行、驱动、控制都与电路系统紧密联系在一起。

第一节调速永磁同步电动机的基本结构和数学模型

一、调速永磁同步电动机的基本结构

调速永磁同步电动机的定子与普通感应电动机相似，采用分布及短距的三相对称定子绕组，以得到接近正弦的相电动势，采用转子斜极或定子斜槽等措施以降低齿槽转矩、振动和噪声。调速永磁同步电动机的转子结构形式多种多样。由于采用变频起动，可以省去异步起动永磁同步电动机所具有的转子笼形绕组（某些调速永磁同步电动机也有转子笼形绕组，用以改善电机的动态性能）。图10一1是调速永磁同步电动机常见的转子结构形式，其中图10一1 ( a )为表面张贴式，图10一1 ( b）为表面插人式，图10一1（。）一（f）为内置式。由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于图10一1 ( a）所示的转子结构，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交、直轴电感相等，即Ld一Lq，表现出隐极性质。而对其他结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此Ld < Lq，表现出凸极电机的性质。图10一2为图10一1 ( c）所示结构的交、直轴电枢反应磁通路径。值得注意的是，通过改变图10一1 ( b）一（f）所示结构的永磁体磁化方向长度、极弧系数等结构尺寸，可以得到较大的交直轴电感比，从而提高电动机的转矩输出及弱磁扩速能力。

二、调速永磁同步电动机的数学模型

分析调速永磁同步电动机时常用dq坐标系下的数学模型，它不仅可用于分析稳态运行性能，也可用于分析动态性能。在不计铁心饱和及铁耗、三相电流对称、转子无阻尼绕组。