永磁電機(jī)現(xiàn)狀分析

　　隨著高性能永磁材料的問(wèn)世和控制技術(shù)的提高，永磁電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而直流無(wú)刷電機(jī)(BLDCM)和永磁同步電機(jī)(PMSM)更加高效和優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)成為眾多行業(yè)設(shè)備的選擇。為了使設(shè)備以最佳的性能工作，永磁電機(jī)制作商仍由許多問(wèn)題需要克服。下面將對(duì)這兩種電機(jī)的現(xiàn)狀做個(gè)簡(jiǎn)單分析。

　　BLDCM全稱為Brushless Direct Current Motor，即無(wú)刷直流電機(jī)。

　　PMSM全稱為Permanent Magnet Synchronous Motor，即永磁同步電機(jī)。

　　運(yùn)動(dòng)控制是目前眾多行業(yè)設(shè)備的需求，為了使這些設(shè)備能以最佳的性能工作，采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的新型馬達(dá)控制技術(shù)是關(guān)鍵所在。能效的提高是趨勢(shì)所向，新技術(shù)同時(shí)還能帶來(lái)更多的優(yōu)勢(shì)，如實(shí)現(xiàn)更加平穩(wěn)的工作，大幅度降低噪聲水平。眾多制造商正在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，馬達(dá)市場(chǎng)正在被更加高效的方案替代，如直流無(wú)刷(BLDC)和永磁同步電機(jī)(PMSM)。

　　關(guān)于這兩種電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀對(duì)比大致如下：

　　一、BLDC關(guān)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析

　　永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)有刷直流電動(dòng)機(jī)相比，省去了機(jī)械換向器和電刷，其定子電流為方波，而且控制較簡(jiǎn)單，但在低速運(yùn)行時(shí)性能較差，主要是受轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。

　　引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的因素很多, 主要有以下原因：

　　(1)電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

　　采用重疊換相法可以抑制相電流換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，另外通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)削弱換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。

　　(2)電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

　　適當(dāng)合理地增大氣隙可減弱這種原因造成的影響，設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)選擇瓦形或環(huán)形永磁體徑向勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，選擇磁路設(shè)計(jì)的時(shí)候，使電機(jī)盡量在空載時(shí)達(dá)到飽和，都可減弱這種影響。

　　(3)齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

　　常用的方法是合理地選擇極槽配合，如采用斜槽，或轉(zhuǎn)子采用斜極，另外還可適當(dāng)增大氣隙，采用分?jǐn)?shù)槽也有助于減少齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，或者制造無(wú)槽電機(jī)也是一個(gè)新的方向。

　　(4)控制算法誤差引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

　　通過(guò)改進(jìn)電流控制算法可以提高電流控制的精度, 以減小電流脈動(dòng)從而降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是，要實(shí)現(xiàn)更精確有效的電流控制方法，還需在實(shí)踐中進(jìn)行更深入的探索和研究。

　　(5)機(jī)械加工因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

　　在實(shí)際生產(chǎn)加工中，制造電機(jī)所用材料的不統(tǒng)一、轉(zhuǎn)子偏心、繞組不對(duì)稱等都會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，選擇高質(zhì)量材料，提高加工工藝水平都能有效地減弱機(jī)械加工因素造成的影響。

　　二、PMSM的研究現(xiàn)狀分析

　　PMSM永磁同步電動(dòng)機(jī)，其定子繞組一般為三相短距分布繞組，其氣隙磁場(chǎng)和定子分布繞組決定了定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正弦波形，所用的供電電源為PWM變壓變頻電源。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鋼。目前，磁鋼多用稀土永磁材料制成，如釤鈷合金(Sm-Co)釹鐵硼(Nd-Fe-B)等、高矯頑力等特點(diǎn)。

　　對(duì)比BLDCM，PMSM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較小，鐵心損耗也較小，所以在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用中，PMSM的性能比BLDCM及其它交流伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)越得多。不過(guò)在發(fā)展高性能PMSM中也遇到幾個(gè)“ 瓶頸” 問(wèn)題有待于作更深入的研究和探索。存在的主要問(wèn)題如下：

　　(1)由于存在齒槽轉(zhuǎn)矩，PMSM在低速運(yùn)行時(shí)會(huì)受到轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。采用永磁材料的PMSM在使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)“退磁”現(xiàn)象。

　　(2)控制器調(diào)節(jié)性能受很多方面影響，如位置速度檢測(cè)誤差，這方面可根據(jù)高精度的速度及位置檢測(cè)器件和實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器檢測(cè)的方法均可克服這種影響。

　　(3)以PMSM作為執(zhí)行元件構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)，由于PMSM本身就是具有一定非線性、強(qiáng)耦合性和時(shí)變性的“ 系統(tǒng)”，同時(shí)其伺服對(duì)象也存在較強(qiáng)的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)易受到不同程度的干擾，因此采用先進(jìn)控制策略和實(shí)現(xiàn)方式, 以從整體上提高系統(tǒng)的“ 智能化、數(shù)字化” 水平，這應(yīng)是當(dāng)前發(fā)展高性能PMSM的方向。

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