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可靠性高。

    PMSM

 

系统具有高功率密度、高效率，适合以上要求。

    

 

用于精密高速驱动的无刷直流电动机及其系统

    无刷直流电动机又称为自频式 PMSM。某外置式人工心脏血泵转子，转子采用了高性能
钕铁硼永磁材料，圆柱形径向充磁的磁路结构，为保证血液在、转子之间气隙中畅通，必
须保证除定、转子表面的特殊密封层外还有足够的间隙，定子线圈采用特殊的空心杯绕组
结构，彻底解决了齿槽效应，并便于制造。定子绕组采用三相 Y 型接法，与桥式电子开关

 

电路配合，提高了绕组利用率，缩小了体积。若采用内置式人工心脏血泵， 可进一步减
小气隙，提高磁钢利用率，减小体积和重量。我们试制的样机重量已控制在 100 多克，现
己进入动物性试验阶段。样机还采用了无位置传感器的设计，消除了霍尔元件多根引线造

 

成的密封困难。

 

类似的高速无刷直流电动机亦可应用于电脑图文雕刻机等需要精密高速驱动的场合。
    PMSM

 

及其系统的研究

    PMSM

 

的弱磁控制

    综上所述，在许多场合，PMSM 都需要很大的调速范围。为了使 PMSM 能合理地进行
高速运行，拓宽 PMSM 的调速范围，需要使 PMSM 减弱磁场运行。永磁转子磁场不可能
直接将其减弱，为此可以利用直轴电枢反应使电动机气隙磁场减弱，等效于直接减弱磁

 

场的控制效果。
    PMSM 一般由电力电子器件组成的变频器驱动，故电枢电流及端电压在弱磁控制中必
定受到限制。
    对典型的面装式 PMSM 转子结构，建立在转子角速度 ωr 旋转的 dq 坐标系中的数学模
型。
    如果 id=0 ，则 PMSM 端 us 电压随速度 ωγ 成正比增加，当转矩电流 id 增大时，端电压
us 也随之增大。但如果充分控制 id，逐渐增大了去磁效应，在高速运行时，弱磁控制能维
持端电压不变，不超出最高允许值。故在弱磁区域，应充分控制 id，维持 us=Usmax。但 id
不能无限增大，必须控制 PMSM 的电流幅值在最大允许电流 Ismax 范围。
    输出转矩最大时，PMSM

 

定子电流 的轨迹。在弱磁运行时，转矩、电压与电动机转速间

 

的关系。
    当 PMSM 速度 ωγ<ωγ1 时，在控制上使 id=0，获得所需的最大电磁转矩 Tem max。当
PMSM 速度 ωγ≥ωγ1 时，弱磁控制开始，若使 PMSM 的端电压 us=Usmax，即需不断扩大
id，减小 id ，仍在受限状态，但转矩逐渐减小。当 ωγ≥ωγ2 时，定子电压依然保持在最大
允许值。受磁钢材料所限，必须控制去磁电流，使 id=idmax。随着速度的上升，id 继续下
降，磁场的去磁作用始终处在对应 idmax 的最大状态，电磁转矩随 id

 

下降。

    当 ωγ=ωγ3 时，id=0

 

，即电磁转矩为零。 ωγ3 即 PMSM

 

能达到的最高速度。

    由上述分析可知，弱磁的升速控制过程实际上是保持端电压不变，降低输出转矩的过
程，即调节 d 轴与 q

 

轴电流分量在受限状态下的分配关系。

    减小低速时的转矩波动。
    综上述，PMSM 伺服驱动装置应特别注意减小低速时的转矩波动。从理论分析可知,谐
波转矩和齿槽转矩是造成转矩波动的主要原因［2］［3］［4］。可以分为两大类减小转
矩脉动的技术。一类是从电机本体设计出发，通过优化气隙磁场波形(如对内装式磁钢结
构，采用偏心气隙［5］［6］)，斜槽或斜磁极，增大气隙，减小槽口，采用磁性槽楔，
采用分数槽绕组等，可以消除或削弱齿槽转矩、减小定位力矩；亦可改善感应电动势波形
和减小谐波转矩。另一类是从控制器出发，如采用快速电流跟踪的变频装置供电，以获得

 

理想的电流波形，从而减小谐波转矩，这里不再详述。