1、 1 绪论 本章介绍了本文所论述问题的提出和研究的意义， 随后又介绍永磁电动机的控制 系统的发展和现状。 1.1 问题的提出和意义 目前为止，中国能源消耗是美国的 4 倍多。中国的能耗问题已经非常突出。本文 研究内容是以工程项目“通用永磁同步电动机的驱动器”的开发为背景。由该驱动器 加上永磁同步电动机一起组成的调速系统能够在一些场合中取代由交流异步电动机 和通用变频器组成的调速系统。 矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定 子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制， 从而达到控制异步电动机转矩的目的。 具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产 生磁场的电
2、流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并 同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢 量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调 节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量 控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可 以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、 动态性能。调速控制系统通常由以下三大部分组成：控制部分、功率部分和电动机。 目前基本上存在以下三大类的调速系统，直流电动机调速系统、交流异步电动机调速
3、 系统和交流同步电动机调速系统。 直流电动机调速系统的电源供给的结构也不复杂， 在相当长的一个时期内占据了 拖动的主要地位，虽然有这么多优点但是也有很多缺点，它的结构上有很多的缺陷。 电刷和换向器在电机结构上是接触的，在转动的时候会产生机械上的摩擦，这样就容 易损坏， 不但如此还容易打火产生火花， 这样一来就使直流电动机的可靠度变的很差、 能正常使用的时间也很短、后期的使用过程中就要经常维修，导致了额外的工作量。 交流异步电动机部件不多，而且没有那种摩擦件。不但运行的时候非常稳定而且 可以用很长时间都不出问题，转动的效率也非常高，在运转的时候响应也非常快。不 过异步电动机也有一些缺点， 功因很
4、低， 特别是负载比较小的时候功因和效率特别低， 电网损耗会增加，线路损耗也会增加。 和异步电动机来比较的话，永磁同步电动机就有着非常多它们没有的优点，首先 从体积上看占空间比较小、功率和密度的比值非常高、效率和功因也非常高。可是在 之前的拖动系统中，一般都用直流电机或者感应电机，原因主要是因为同步电动机在 当时不能够在没有改变频率的电源下转动起来， 若要想自行的转动起来就需要有能改 变频率的电源，而能改变频率的电源在之前是很难弄到的装备。但是，随着科学和技 术的不断前进，永磁同步电动机才慢慢开始被使用。所以研究永磁同步电动机如何控 制，寻找能提升系统性能的策略，是一件非常有意义的事情。 1.2
5、 永磁同步电动机控制系统的发展和现状 在之前绝大多数工控上的装备， 家电装备及商用装备上的传动装备通常都被做成 转速不变的方式运行。如果传动装备能够改变转速运行是能够使其控制性能变好的。 近来，电气传动的改革比较大，其原因有以下两点：(1)随着器件的发展，使传动可 以实现变速，而且花销也在不断变少；(2)随着对以后用电成本的关心不断的变大， 能改变速度的传动装备慢慢的被用在新近开发的装备和现有的装备改善上面。 1.2.1 交流永磁同步电动机控制系统 交流永磁电动机是一种具有很多优势的装置，特别是迎合了现代运动控制系统。 永久性的磁铁能够自己产生磁通，这样永磁同步电动机就可以做的非常大效率，人们
6、 越来越看重高效率这一优势。另一方面，永久性磁铁适当的应用能够带来比较小的损 耗。 1.2.2 交流永磁同步电动机控制系统的发展 永磁同步电动机的出现是两种不同的发展线路结合产生的结果。 其中一条线路是 带转子鼠笼式绕组的永磁电动机的出现，其能够直接启动，这种电机设计的目的是为 了能够直接用公用电网转动。 第二条发展线路就是永磁伺服电动机出现后，带励磁式绕组就被逐渐取代。最后 就出现了无转子鼠笼式的永磁同步电动机， 它与频率能够变化和电压也能变化的逆变 器一起就能够做出高性能的运动控制系统。 1.2.3 交流永磁同步电动机控制系统的现状 从 70 年代开始，人们不断的学习永磁交流运动系统，而且已经具有非常高稳态 质量，非常大的转速比，非常短的过渡过程等这些优点，其过渡时的性能和平稳运行 时的性能已经能和直流随动系统非常接近。 1.3 永磁同步电动机概述 经过学习和改造线绕式同步电机，永磁同步电动机逐渐别人们认识。它不用电进 行励磁而是利用永磁型材料，这样就可以不需要励磁线圈、滑环与电刷，它的定子上 的电流基本上与线绕式的一样。 1.3.1 永磁同步电动机的种类 交流同步电动机的种类很
