为了建设节能型社会和实现可持续发展,高效的能源利用策略和完善的能源结构成为重中之重。为实现能源转型,现代工业对电机及其驱动系统的要求也是越来越高。港口大型起重机工作要求低转速且大转矩,主要采用传统的电励磁电机配置多级减速器组成的驱动系统,该驱动系统因结构复杂、制造成本高及传动效率低等缺点,已经不能满足我国工业和能源形势发展的需求。随着稀土永磁材料的不断发展,永磁电机的应用与对其的相关研究都不断增多。本文主要针对永磁电机在港口大型起重机驱动系统中的应用进行研究。本文通过建立港口起重机用永磁同步电动机二维电磁场仿真模型,对低速大转矩工况下永磁同步电机的磁场分布状况、电磁转矩随磁饱和程度的变化规律、相关参数随磁饱和程度的变化规律、磁饱和对控制系统性能的影响等基础问题展开研究,建立了考虑磁链和电感变化的永磁同步电机数学模型和仿真模型,揭示了重载时电磁转矩的“钝化”产生机理。首先,根据港口大型起重机运行环境,运用永磁同步电机设计理论,选用适合起重机这种低转速大转矩运行特性的永磁同步电机;利用Ansoft/Maxwell中RMxprt模块建立出电机有限元模型,在空载和额定负载下对有限元法和磁路法的磁场进行对比分析来验证电机模型的正确性,并观察电机各部分磁场变化,分析出磁场饱和程度最明显的结构;通过施加不同负载电流,观察在不同磁饱和程度下电机的磁场分布,分析其主要部位的磁通变化特点,并计算电机在不同负载电流下的电磁转矩、电感参数以及磁链数据。接着,利用上述二维电磁场仿真得出的转矩、电感和磁链数据,再结合MATLAB软件进行数据计算与分析,研究不同负载电流下电磁转矩、电感和磁链的变化规律,并对电磁转矩“钝化”机理进行分析,探究电磁转矩与相关变化参数的关系。最后,建立电感、磁链和转矩随磁饱和程度变化的数学模型,搭建考虑磁饱和的港口起重机用永磁同步电动机的矢量控制仿真模型,并在MATLAB/Simulink环境下进行动态性能测试。结合上述分析出的磁饱和特性,给电机模型施加不同负载和转速来对比忽略磁饱和时和考虑磁饱和两种情况下的控制系统响应曲线,分析磁饱和对控制系统的影响情况。