永磁同步电动机及控制策略综述

0 引言
    近年来随着新材料技术的发展，特别是稀土永磁材料，磁性复合材料的出现，加之我
国拥有世界上最大的高能量密度永磁材料( — —

钕 铁 硼)的储量，使得永磁电机活跃在各个

工业生产中。永磁同步电机（PMSM）是近几年发展起来的一种新型的电机，具有转子转
动惯量小、效率高、功率密度大、可靠性高的优点，因此十分适合应用于高性能伺服系统中，
例如在数控机床等场合，永磁同步电动机正在逐步取代直流电机和感应电机。同时由于永
磁同步电机无需激磁绕组，明显地减小了体积，减轻了重量，降低了损耗，避免了电机
发热，从而提高了效率和功率因数，具有明显的节能效果。
    尤其在现代的 PMSM 运动控制系统中，它比异步电动机更便于实现磁场定向控制，可
以获得与直流电动机一样优良的转矩控制特性，使控制系统具有十分优良的动、静态特性。

    1 永磁同步电机的种类和基本结构
    就转子结构看，永磁同步电机分凸装式、嵌入式和内埋式三种基本形式，如图 1 所示，
前两种又统称为外装式结构。凸装式直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交、直轴电感相等，
即 Ld=Lq，表现为隐极性质；另外两种结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此 Ld<Lq，表
现为凸极电机的性质。值得注意的是，通过改变除凸装式以外结构的永磁体磁化方向长度、
极弧系数等结构尺寸，可以得到较大的直交轴电感比，从而提高电动机的转矩输出及弱
磁扩速能力。

    简单便宜，应用较多。这种结构中电机转子直径变得较小，从而导致电机的小惯量，
故适用于伺服系统。然而在 PMSM 中小电感不总是有利，因为小电感将导致弱磁控制。在
弱磁控制期间虽然电压已经达到逆变器所能提供的最大值，但速度依然需要不断上升。弱
磁控制是通过增加反相直轴定子电流分量实现的，若电感很小，就只能通过很大的去磁
电流和低负载实现弱磁。
    嵌入式结构可增大漏磁链，因增大的交轴电感使电枢的反应增大，致使极角增大和转
矩降低。
    内埋式电机虽然结构复杂、昂贵，但它具有高气隙磁通密度，因此它产生的转矩比凸装
式电机产生的转矩大，且气隙磁通易于正弦分布，从而降低齿槽转矩效应。
    2 永磁同步电动机的特点
与传统异步电机相比，永磁同步电机具有以下特点。
    1）高效率、高功率因数、节能用永磁体代替电励磁，不需要无功励磁电流，可以显著提
高功率因数。定、转子同步，转子铁心没有铁耗，PMSM 的效率较电励磁同步电机和异步