谭碧生一、概述
近年来国家高度重视节能、环保，从而为永磁同步电动机（以下简称PMSM）的发展带来机遇。
循环流化床锅炉脱硫1．PMSM发展的条件
●高性能低成本的钕铁硼永磁材料具有剩余磁感应强度、矫顽力和 磁能积均高的特点，自上世纪80年代以来，又成功解决了钕铁硼材料的热稳定性和耐腐蚀问题，用于同步电动机可省去激磁绕组，缩小了体积，因无激磁损耗，从而降低了损耗、发热，提高了电机效率和功率因数；由于无需集电环和炭刷，简化了结构，提高了可靠性。 齿槽
转矩●电力电子器件和技术的进步，发展了各种高性能变频器和专用变频器，解决了同步电动机无法自起动问题，使复杂的阻尼导条和端环得以取消。
●易于实现磁场定向控制的矢量变换控制，使PMSM具有和直流电动 机一样优良的线性转矩控制特性。
●DSP快速数字信号处理器和各种高性能专用伺服驱动器为各种复
杂系统的实现提供了技术基础。
2.PMSM发展的机遇
●高的综合节能效果
PMSM由永磁体激磁，无需励磁电流，故可显著提高功率因数（可达1甚至容性）；定子电流小，定子铜耗显著减小；转子无铜耗（三相异步电动机转子绕组损耗约占总损耗的20～30％），因而发热低，可以取消风扇或减小风扇，从而无风摩耗或减少风摩耗，故PMSM一般比同规格异步电动机效率可提高2～8％，并且在很宽的负载变动范围内始终保持高的效率和功率因数，尤其在轻载运行时节能效果更显著。
●可满足某些工业应用需大的起动转矩和最大转矩倍数的动态需求
例如为油田抽油机设计的具有异步起动能力的PMSM，起动转矩倍数可达3.6倍以上，效率可达94％，功率因数可达0.95，既满足了负载动态时大转矩的要求，还具有很高的节能效果。
●低速直接驱动的需求
为了提高控制精度、减小振动噪声、杜绝油雾带来的不安全，也为了大转矩驱动的需求，近年来对低速电动机的需求也不断增长。如用于电梯拖动的永磁同步曳引机，转矩提高了十几倍，取消了庞大的齿轮箱，通过曳引轮直接拖动轿厢，明显减小了振动和噪声。
自动润滑系统●多极高功率因数的需求
近年来，PMSM朝着多极化发展。如某安装于轿厢和井壁间隙的PMSM，转子采用60极结构，显著缩短了定子线圈端部长度，实现了无机房电梯。若仍用异步电动机驱动，随着极数增加，其功率因数明
显降低，在轻载和空载时，功率因数将更低，而该60极PMSM功率因数高达0.98，空载、轻载时甚至可达1，节能效果明显。
●高功率密度的需求
舰船、车辆受体积所限，要求电动机有高功率密度、高转矩密度。PMSM由于无需激磁绕组，空间结构小，高性能的钕铁硼永磁材料可
提供很高的磁负荷B
重型工程洗轮机δ，使电机尺寸缩小。有些并联供磁的电机，Bδ甚至可高达1特斯拉以上。传统电机的齿槽结构，约束
着磁负荷和电负荷的关系，过高的磁负荷将减小放置绕组的空间，成为实现高功率密度的瓶颈。1986年德国H.Weh教授首先提出横向磁场永磁电机（Transverse Flux PM Machine－TFM）的设想，该设想一反传统结构，使电机的磁负荷和电负荷不再相互制约，特别适合高功率密度、大转矩、低速和直接驱动的场合，国外已研发了样机。
●运动控制系统的需求
硅酸铝耐火纤维毡目前电气传动技术已从简单的速度控制发展到运动轨迹控制。由于PMSM比异步电动机更易于实现磁场定向矢量变换控制，因此近年来永磁同步伺服电动机系统成了高精度数控机床、机器人等高科技设备的主流。国外产品几乎占据了国内所有市场，功率一般为200W～15KW。我国交流伺服电动机和驱动器，尚处在发展初期。
此外机械加工设备的更新，需要各种PMSM，日本已推出0.75KW～500KW的中小型PMSM系列，适应各种驱动的要求。
随着对机械加工技术的高速和超高速化、精密和超精密化的需求，具有高速反应能力的直线驱动伺服技术─所谓零传动方式应运而生。由于消除了传统机械传动链所具有的一系列不良影响，因而极大地提高了进给系统的快速反应能力和运动精度，成为新一代数控机床中最具代表性的先进技术之一。目前国外采用直线电机的伺服系统可达到小于0.01μm/min或高达300m/min的运行速度，速度偏差优于±
0.01%。如西门子公司的永磁式直线同步电动机最大移动速度为200m/min，最大推力达6600N，最大位移为504mm，应用于高速铣床、曲柄车床、超精密车床等。
各种广泛用于家电、办公设备等的无刷电动机因具有与PMSM相同的结构，亦常被归类为自频式PMSM，但因其电流为方波，具有直流电动机特性，一般又称为无刷直流电动机，目前在我国已得到相应的研究，在此不再详述。
以下重点介绍磁场定向控制PMSM的共性技术。
二、低速时转矩波动的原因
磁场定向控制技术的PMSM具有和直流电动机一样优良的线性转矩控制特性，如控制定子电流直轴分量i d=0时，其电磁转矩[1]
T e=kΨf i s (1)
其中Ψf─转子磁链
i s─定子电流矢量的模
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