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永久磁性同步电机

永久磁性同步电机概述

永久磁性同步电机 (PMSM) 可以看做 AC 感应电机和无刷直流电机 (BLDC) 的交叉产品。它们具有与 BLDC 电机相似的转子结构,其中包含永久磁性。但是,它们的定子结构类似于 ACIM“表亲的定子结构,其中绕线的构建方式可在机器气隙中形成正弦磁通密度。因此,使用正弦波形驱动时运行最佳。但不同于 ACIM “亲缘产品PMSM 电机在使用开环标量 V/Hz 控制时运行较差,因为瞬态条件下没有提供机械阻尼的转子线圈。场定向控制是 PMSM 最常使用的控制技术。因此,扭矩纹波可以极低,这与 ACIM 不分伯仲。但是,较之 ACIM,同等大小的 PMSM 电机可提供更高的功率密度。这是因为对于感应电机,部分定子电流需要感应转子电流来产生转子磁通。这些附加电流会在电机内部产生热量。但在 PMSM 中,转子磁通已通过转子上的永久磁性建立。
多数 PMSM 利用转子表面安装的永久磁性。这使得电机呈现磁场,而电机扭矩是转子磁性和定子电磁之间反作用力的结果。这样,将典型 FOC 应用的直轴电流调节为 0,可使最佳扭矩角为 90 度。但部分 PMSM 的磁性埋在转子结构内。这些电机被称为内藏式永久磁性电机 IPM 电机。因此,特定空间角度的径向磁通较其它角度更集中。这便产生了名为磁阻扭矩的附加扭矩分量,它是由集中和非集中磁通路径的电机电感变化引起的。这使得最佳 FOC 扭矩角大于 90 度,需要将直轴电流调节为交轴电流固定的负比率。该负直轴电流也会导致磁场变弱,从而降低直轴的磁通密度,反过来减少部分磁芯损耗。因此,IPM 电机对于给定帧大小可提供更高的电源输出。这些电机逐渐成为混合电动汽车、电器和 HVAC 变速应用的牵引电机。
IPM 电机展现出的凸极还为无传感器控制应用提供了额外优势。在许多情况下,凸极信号的强度足以用来确定静止和低速运行状态下的转子位置。有些无传感器 FOC 设计在低速时使用凸极映射,然后转换为电机加速时的反电动势查看器模型。

选型表

品牌 芯片型号 控制方式 I有效值 I峰值 V最小值 V最大值 可驱动电机个数 封装形式 状态
TI DRV8312 PWM 3.5 6.5 0 52.5 1 44HTSSOP 量产
TI DRV8332 PWM 8 13 0 52.5 1 36HSSOP 量产
TI DRV8301 PWM NA NA 0 60 1 56HTSSOP 预产

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