1 弱磁擴(kuò)速理論

PMSM弱磁的思想來(lái)源于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)磁控制。我們熟知，當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的端電壓達(dá)到最大值之后，無(wú)法再用調(diào)壓調(diào)速來(lái)提高轉(zhuǎn)速，只有通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，從而降低勵(lì)磁磁通，實(shí)現(xiàn)在保證電壓平衡的條件下，電機(jī)速度提升到額定轉(zhuǎn)速以上。

永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁磁通是由永磁體提供的，這個(gè)磁通是恒定不變的。這個(gè)時(shí)候如果我們想降低磁通強(qiáng)度，就只能通過(guò)增大定子電流的去磁分量來(lái)削弱氣隙磁通，這樣才能達(dá)到跟他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的弱磁等效。

1.1 從公式層面來(lái)說(shuō)明弱磁原理

永磁同步電機(jī)弱磁控制的本質(zhì)和規(guī)律可以電壓平衡方程來(lái)說(shuō)明

由公式可以看出，在電壓達(dá)到最大時(shí)，要想再升高轉(zhuǎn)速，就只能靠調(diào)節(jié) id 和 iq 來(lái)實(shí)現(xiàn)了，這就是電機(jī)的弱磁運(yùn)行方式。同時(shí)電機(jī)的電流也是由相應(yīng)的限制的，增大 iq 的同時(shí)必須要減小 id，才能保持電流矢量的大小不變。一般是通過(guò)增大 id 來(lái)實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速的。

1.2 電壓極限環(huán)的概念

從公式的推導(dǎo)可以得出電壓極限的軌跡是一個(gè)橢圓環(huán)，電機(jī)的電壓方程為：

這里面有什么物理含義呢? 其實(shí)從圖中可以看出，要使電機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行，電壓必須處于這個(gè)電壓極限圓的曲線內(nèi)，一旦超過(guò)電機(jī)將不穩(wěn)定。

1.2 電壓流限環(huán)的概念

我們?cè)賮?lái)了解電流極限環(huán)的概念，永磁同步電機(jī)的電流極限可以用方程描述：

式中的 Ilim是電動(dòng)機(jī)允許的最大相電流值。

有了這電流極限環(huán)的概念，我們?cè)俳Y(jié)合電壓極限環(huán)，我們可以知道，如果要使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，電流矢量的終點(diǎn)必須落在電流極限環(huán)和電壓極限環(huán)的圓之內(nèi)，也就是電流矢量的終點(diǎn)必須落在電壓極限環(huán)和電流極限環(huán)的公共區(qū)域，否則電機(jī)將無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。

2 如何實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速

有了以上的概念，我們?cè)撊绾卧?a target="_blank">仿真中實(shí)現(xiàn)弱磁呢？采用雙電流調(diào)節(jié)器的超前角弱磁控制。

2.1 超前角是什么？

定義：超前角 為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq坐標(biāo)系下，定子電流矢量超前q軸的電角度。 如下圖所示

2.2 超前角弱磁的原理是什么？

當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)折速度時(shí)，電流調(diào)節(jié)器仍然處于飽和狀態(tài)，定子電壓已經(jīng)達(dá)到極限狀態(tài)。如果我們此時(shí)通過(guò)電壓反饋來(lái)調(diào)節(jié)超前角 在到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后增大，直軸的去磁電流反向增大，交軸電流也隨之減小，隨著直軸去磁電流的增大，磁通減小。以此實(shí)現(xiàn)在不增加逆變器容量的情況下弱磁。

2.3 超前角控制框圖

具體如何是現(xiàn)在simulink里面判斷是否達(dá)到額定轉(zhuǎn)速呢？

電流調(diào)節(jié)器的輸出 ud 和 uq 作為弱磁調(diào)節(jié)器的輸入量，并于逆變器所能輸出的最大電壓 Umax比較，二者的偏差作為弱磁環(huán)節(jié)的PI調(diào)節(jié)器的輸入，PI調(diào)節(jié)器輸出超前角來(lái)調(diào)節(jié) iq 和 id 的給定。

3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

轉(zhuǎn)速波形 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2300，不加弱磁，超過(guò)2300之后電機(jī)直接跑飛了（0.5s 為1000，1s為2000，1.5s為3000以此類(lèi)推）

小結(jié)：

超前角弱磁方式的特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，也較易于在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)，但是超前角弱磁，仍然存在弱磁電流過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致去磁的風(fēng)險(xiǎn)，圖中波形雖然毛刺較小，但明顯有較大的超調(diào)，導(dǎo)致波形不夠好看，但基本實(shí)現(xiàn)了弱磁擴(kuò)速，并且能夠帶載運(yùn)行。模型還需要修改的地方很多。

編輯：hfy