1概述
在中小容量高精度傳動領(lǐng)域，廣泛采用永磁式同步電機，可用在轉(zhuǎn)子上加永磁體的方法來產(chǎn)生磁場。由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預(yù)先磁化（充磁）以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場。這既可簡化電機結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。
由于永磁同步電機閉環(huán)控制當中需要電機轉(zhuǎn)子位置，因此需要在電機軸上安裝機械位置傳感器。由于機械傳感器的存在，增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度和成本，降低了系統(tǒng)魯棒性。永磁同步電機的無速度傳感器控制成為現(xiàn)今研究的一個熱點問題。
2永磁式同步電機的特點及其分類
永磁式同步電動機結(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(xué)者的廣泛關(guān)注。
近年來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，加上永磁電機研究開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應(yīng)用已有研究成果，使永磁電機在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。正向大功率化（高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩）、高功能化和微型化方面發(fā)展。目前，稀土永磁電機的單臺容量已超過1000KW，****轉(zhuǎn)速已超過300000r/min，****轉(zhuǎn)速低于0.01r/min，最小電機的外徑只有0.8mm，長1.2mm。
我國是盛產(chǎn)永磁材料的國家，特別是稀土永磁材料釹鐵硼資源在我國非常豐富，稀土礦的儲藏量為世界其他各國總和的4倍左右，號稱“稀土王國”。稀土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(yīng)用前景。充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機為代表的各種永磁電機，對實現(xiàn)我國社會主義現(xiàn)代化具有重要的理論意義和實用價值。
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(xí)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（PMSM）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（BLDCM）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、交軸的主電感不相等。因此，這兩種電機的性能有所不同。
3PMSM與異步電機及BLDCM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較永磁同步電機脈動力矩大。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1200電角度，然后關(guān)斷600電角度。每600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600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 |
