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关于永磁同步电机简介 第1页，共17页，编辑于2022年，星期一 * （1）永磁同步电机的发展现状 （2）永磁同步电机控制技术发展状况 （3）永磁同步电机控制系统的控制算法研究现状综述 （4）永磁同步电机的热点问题研究 （5）永磁同步电机的发展趋势 第2页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 1. 永磁同步电机的发展现状 永磁同步电机的概念 （1）永磁同步电机有高动态性能，高效率，轻量化等特点，代表着21世纪电机驱动系统发展方向之一； （2）电机驱动系统包括电机，驱动器，电流，位置及速度控制器等； （3）永磁电机是一种电能转化为机械能的装置，主要通过定子与转子磁场相互作用产生旋转转矩，带动负载； （4）与感应电机相比，在原理和结构等方面相似，定子结构基本一致，永磁电机的转子激励不是靠感应线圈，而是由固定的永磁铁实现的。 第3页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 永磁同步电机的发展历程 第一阶段：20世纪60—70年代，主要集中在航空，航天等特殊行业高端领域； 第二阶段：20世纪80年代，随着钕铁硼永磁材料出现和电力电子与微电子的发展，开始扩展到工业和民用领域； 第三阶段：20世纪90年代至今，永磁材料，电力电子，微电子，控制算法等都有了显著进步，使其应用更广泛，已经成为驱动系统的首选电机。 第4页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 永磁同步电机的分类 定子绕组 转子磁铁 第5页，共17页，编辑于2022年，星期一 * PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 （1）表面贴装式（SM-PMSM） 直交轴电感Ld和Lq相同，定子磁场和转子磁场相互作用时不会产生磁阻转矩。 第6页，共17页，编辑于2022年，星期一 * （2）内埋式（IPMSM） 交直轴感:LqLd 气隙较小，有较好 弱磁能力，易于实现弱磁控制，比较适合高速运行，但是有磁阻转矩，增加了转矩控制的复杂度。 第7页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 永磁同步电机的特点 （1）永磁同步电机有高功率密度，与相同功率的感应电机相比体积小，重量轻； （2）具有小转动惯量，易于应用对电机驱动系统要求较高的动态响应领域； （3）与绕线式感应电机相比无滑环和电刷，可靠性提高，更易应用于高速场合； （4）与感应电机相比，永磁电机的转子激励不是靠感应线圈，而是由固定的永磁铁实现的，且无直接电能消耗，电机效率提高。 第8页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 2. 永磁同步电机控制技术发展状况 核心器件技术发展 （1）20世纪五六十年代以晶闸管为代表； （2）20世纪七八十年代以GTO,GTR,MOSFET的发展； （3）20世纪后期的IGBT出现，成为电力电子领域的主导功率器件； （4）以PIC,HVIC,IPM等功率集成电路为代表，将功率器件与驱动，检测和保护于一体，使电机可靠性更高，功率密度更大； （5）微处理器的发展，DSP的出现；同时FPGA/CPLD技术的发展为实现PWM控制提供了新的进展。 第9页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 永磁同步电机控制策略 （1）上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。 ? 控制器 VR-1 2/3 电流控制变频器 3/2 VR 等效直流电机模型 + i*m i*t ? ?s i*? i*? i*A i*B i*C iA iB iC i? iβ im it ~ 异步电动机 给定信号 ? 矢量控制系统原理结构图 第10页，共17页，编辑于2022年，星期一 * （2）继矢量控制之后，1984年德国鲁尔大学的Depen Brock 又提出了交流电动机的直接转矩控制方法，其特点是直接采用空间电压矢量，直接在定子坐标系下计算并控制电机的转矩和磁通。 直接转矩控制原理图 第11页，共17页，编辑于2022年，星期一 * 3. 永磁同步电机控制系统的控制算法研究现状综述 永磁同步电机是一个多变量，强耦合的非线性系统。实际应用中电机的参数实时变化，且会受到外部干扰的影响，因此很多的先进控制算法被应用到交流控制系统来解决上述问题。 （1）PI控制 优点：经典控制策略，方法简单，既能提高静态精度，又能改善动态品质； 缺点：PI控制法属于线性的控制方法，适应负载能力差，抗干扰能力差，控制性能不够稳定。 （2）滑模变结构控制 优点：不要求精确的数学模型，不受参数变化和外部扰动的影响； 缺点：由于惯性，时间延迟等因素，存在抖振现象。 第12页，共17页，编辑于2022年，星期一