第 5 章对本课题的学习情况进行总结。

2 永磁同步电机

本课题的研究依托于永磁同步电机，那么首先得系统地学习永磁同步电机的相关理论知 识。首先本文介绍电机定转子基本结构，因为永磁体位置结构的不同会导致电机运行性能上 的差别，然后重点阐述其在定子三相静止 ABC 坐标系下的电压方程、磁链方程，以及在转子 两相旋转 d-q 坐标系下的电压方程、磁链方程和转矩方程，并理清两种坐标系间矢量变换的 依据，最后介绍这种电机主要特点。

2。1 交流永磁电机的分类及永磁同步电机的基本结构

电机以磁场为媒介进行电能和机械能的相互转化，一般有两种方式在电机内建立气隙磁 场，从而进行能量转化，一种是在电机中设置电枢绕组并通以电流，还有一种便是用永磁体 来产生气隙磁场，这样可以省去专门的励磁绕组，也不需要提供电枢电流。通过永磁体来提 供气隙磁场这一特点将永磁电机与其他电机区分开来，它使永磁电机结构相比其他电机简单 化，损耗更小，效率更高。类似于其他电机，永磁同步电机的主体结构同样可大致分为定子 和转子两部分。电机的定子是指在电机运行时静止的部分，主要包括堆叠的硅钢片，均匀分 布的定子绕组，机壳和端盖等部分；转子主要包括永磁体，转轴和导磁轭等部分，永磁体与 导磁轭相连，永磁体或在导磁轭表面，或置于导磁轭内部，导磁轭一般做成圆柱形包络在转 轴上。

永磁电机的永磁体目前多使用以钕铁硼永磁材料为代表的稀土永磁材料。不同转子结构 的永磁电机会产生空间波形不同的转子磁场，这样定子侧感应电势的波形也有所差别，一般 有正弦波和阶梯波两种。习惯上，我们把产生正弦波形的叫做永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称 PMSM），把产生阶梯波形的称为无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，简称 BLDCM）。由于两种电机结构上的不同，它们在各自的控制方法及应用 上也有较大差别，这次课题主要是对永磁同步电机的运行特性进行探究。

永磁同步电机的永磁体在转子上的位置也会有差别，就比如同步电机有分凸极机和隐极 机，这两者转子结构区别明显，电机运行特性也有所不同，永磁同步电机主要可分为表面贴 装式和内埋式[3]。表面贴装式电机的永久磁铁通常呈瓦片型，贴附在转子表面，这种电机在

d-q 坐标系下的直轴电感往往与交轴电感相等；还有一种永磁体置于转子内部的是内埋式电机， 电机定子铁心内圆和永磁体间设有磁质极靴，起到了保护永磁体的作用，它也很少遇到因离 心力使得永磁体飞出的故障。图 2。1 中（a）、（b）给出的分别是贴装式和内埋式电机转子结 构切面图。

（a）贴装式 （b）内埋式 图 2。1 两种类型 PMSM 转子结构切面图

2。2 永磁同步电机的工作原理简介

永磁同步电机的三相定子绕组通入经三相逆变电路调制的三相正弦电流后，就能在绕组 内产生一个圆形的旋转磁场，它与永磁体产生的磁场相作用，生成一个与定子绕组产生的圆 形磁场方向一致的电磁转矩，从而克服转子本身的转动惯量和各种阻尼转矩使转子旋转[4]， 转子不断加速，直至电磁转矩等于负载转矩和阻尼转矩之和。

2。3 永磁同步电机的数学模型

数学模型在电机运行客观规律的基础上通过等式的形式列出各个物理量之间的定量关系， 正是由于这一点，它才是我们建立电机矢量控制系统的基础和依托，只有真正地理解数学模 型中个电压方程、磁链方程和转矩方程，才能进行系统的近似模拟，从而改善系统各项性能 指标，提升系统静态、动态特性。