永磁同步電機(jī)之調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)

    調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)又稱為正弦波電流驅(qū)動(dòng)永磁無刷電動(dòng)機(jī)。相對(duì)于方波電流驅(qū)動(dòng)永磁無刷電動(dòng)機(jī)，調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)避免了電流換向時(shí)產(chǎn)生的較大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，具有更理想的伺服驅(qū)動(dòng)性能。永磁同步電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是在以下基礎(chǔ)上發(fā)展起來的：①高性能欽鐵硼永磁材料的出現(xiàn)及其性能的日益提高；②矢量控制理論的提出；③高性能、高集成度的電子元器件、微處理器以及專用集成電路的出現(xiàn)和應(yīng)用，以及大功率、大電流、高電壓、高開關(guān)速度的功率電子器件的出現(xiàn)。高性能欽鐵硼永磁材料的出現(xiàn)，提高了電機(jī)的功率密度、轉(zhuǎn)矩密度和運(yùn)行效率，降低了其體積及重量，擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域，并使電動(dòng)機(jī)向大功率化發(fā)展。矢量控制理論從原理上解決了包括調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制策略問題，使交流電動(dòng)機(jī)可以像直流電動(dòng)機(jī)那樣進(jìn)行控制。電子技術(shù)的發(fā)展不但使控制策略得以實(shí)現(xiàn)，而且使成本及電路體積大大降低。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)形式及理論分析上都和非調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)類似，但采用新的控制策略―矢量控制理論進(jìn)行控制時(shí)，具有和直流電動(dòng)機(jī)類似的特性，其運(yùn)行、驅(qū)動(dòng)、控制都與電路系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起。

第一節(jié)調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型

一、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，采用分布及短距的三相對(duì)稱定子繞組，以得到接近正弦的相電動(dòng)勢(shì)，采用轉(zhuǎn)子斜極或定子斜槽等措施以降低齒槽轉(zhuǎn)矩、振動(dòng)和噪聲。調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式多種多樣。由于采用變頻起動(dòng)，可以省去異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)所具有的轉(zhuǎn)子籠形繞組（某些調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)也有轉(zhuǎn)子籠形繞組，用以改善電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能）。圖10一1是調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)常見的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，其中圖10一1 ( a )為表面張貼式，圖10一1 ( b）為表面插人式，圖10一1（。）一（f）為內(nèi)置式。由于永磁體特別是稀土永磁體的磁導(dǎo)率近似等于真空磁導(dǎo)率，對(duì)于圖10一1 ( a）所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，直軸磁阻與交軸磁阻相等，因此交、直軸電感相等，即Ld一Lq，表現(xiàn)出隱極性質(zhì)。而對(duì)其他結(jié)構(gòu)，直軸磁阻大于交軸磁阻，因此Ld < Lq，表現(xiàn)出凸極電機(jī)的性質(zhì)。圖10一2為圖10一1 ( c）所示結(jié)構(gòu)的交、直軸電樞反應(yīng)磁通路徑。值得注意的是，通過改變圖10一1 ( b）一（f）所示結(jié)構(gòu)的永磁體磁化方向長(zhǎng)度、極弧系數(shù)等結(jié)構(gòu)尺寸，可以得到較大的交直軸電感比，從而提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出及弱磁擴(kuò)速能力。

二、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型

分析調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)時(shí)常用dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，它不僅可用于分析穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能，也可用于分析動(dòng)態(tài)性能。在不計(jì)鐵心飽和及鐵耗、三相電流對(duì)稱、轉(zhuǎn)子無阻尼繞組。