高性能交流永磁同步电机伺服系统现状 

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概述

    在中小容量高精度传动领域，广泛采用永磁式同步电机，可用在转子上加永磁体的方
法来产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它经过预先磁化（充磁）以后，不再需要外加

 

能量就能在其周围空间建立磁场。这既可简化电机结构，又可节约能量。

    由于永磁同步电机闭环控制当中需要电机转子位置，因此需要在电机轴上安装机械位
置传感器。由于机械传感器的存在，增加了系统复杂程度和成本，降低了系统鲁棒性。永

 

磁同步电机的无速度传感器控制成为现今研究的一个热点问题。

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永磁式同步电机的特点及其分类

    永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没
有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因
而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，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；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。和普通同步电动机
相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实
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。

    近年来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐
蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发
经验的逐步成熟，经大力推广和应用已有研究成果，使永磁电机在国防、工农业生产和日
常生活等方面获得越来越广泛的应用。正向大功率化（高转速、高转矩）、高功能化和微型
化 方 面 发 展 。 目 前 ， 稀 土 永 磁 电 机 的 单 台 容 量 已 超 过 1000KW ， 最 高 转 速 已 超 过
300000r/min，最低转速低于 0.01r/min，最小电机的外径只有 0.8mm，长 1.2mm

 

。

    我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土
矿的储藏量为世界其他各国总和的 4

“

”

倍左右，号称 稀土王国 。稀土永磁材料和稀土永磁

电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此，对我国来说，永磁同步电动机有很好的应
用前景。充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表

 

的各种永磁电机，对实现我国社会主义现代化具有重要的理论意义和实用价值。

    永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦
波和梯形波两种。因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为
正弦波；另一种为梯形波。这样就造成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不
同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步
电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波
（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似 ，
故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM

 

）调速系统。

    永磁同步电动机转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。根据永