1 弱磁擴速理論

PMSM弱磁的思想來源于他勵直流電動機的調(diào)磁控制。我們熟知，當(dāng)他勵直流電動機的端電壓達到最大值之后，無法再用調(diào)壓調(diào)速來提高轉(zhuǎn)速，只有通過降低電動機的勵磁電流，從而降低勵磁磁通，實現(xiàn)在保證電壓平衡的條件下，電機速度提升到額定轉(zhuǎn)速以上。

永磁同步電機的勵磁磁通是由永磁體提供的，這個磁通是恒定不變的。這個時候如果我們想降低磁通強度，就只能通過增大定子電流的去磁分量來削弱氣隙磁通，這樣才能達到跟他勵直流電動機的弱磁等效。

1.1 從公式層面來說明弱磁原理

永磁同步電機弱磁控制的本質(zhì)和規(guī)律可以電壓平衡方程來說明

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

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橢圓環(huán)，電機的電壓方程為：

這里面有什么物理含義呢? 其實從圖中可以看出，要使電機穩(wěn)定的運行，電壓必須處于這個電壓極限圓的曲線內(nèi)，一旦超過電機將不穩(wěn)定。

1.2 電壓流限環(huán)的概念

我們再來了解電流極限環(huán)的概念，永磁同步電機的電流極限可以用方程描述：

式中的 Ilim是電動機允許的最大相電流值。

有了這電流極限環(huán)的概念，我們再結(jié)合電壓極限環(huán)，我們可以知道，如果要使電機穩(wěn)定運行，電流矢量的終點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，否則電機將無法穩(wěn)定運行。

2 如何實現(xiàn)弱磁擴速

有了以上的概念，我們該如何在仿真中實現(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)速達到轉(zhuǎn)折速度時，電流調(diào)節(jié)器仍然處于飽和狀態(tài)，定子電壓已經(jīng)達到極限狀態(tài)。如果我們此時通過電壓反饋來調(diào)節(jié)超前角 在到達額定轉(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)器輸出超前角來調(diào)節(jié) iq 和 id 的給定。

3，實驗結(jié)果分析

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

小結(jié)：

超前角弱磁方式的特點在于結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，也較易于在實驗中實現(xiàn)，但是超前角弱磁，仍然存在弱磁電流過強導(dǎo)致去磁的風(fēng)險，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，但基本實現(xiàn)了弱磁擴速，并且能夠帶載運行。模型還需要修改的地方很多。

編輯：hfy