永磁同步电机弱磁控制原理
永磁同步电机转子磁障原理
永磁同步电机转子磁障原理
永磁同步电机转子磁障原理如下：
永磁同步电机（PMSM）的转子磁障原理主要涉及永磁体在转子铁芯中的位置和极靴保护。
根据永磁体在转子铁芯中的位置，可以分为表面式和内置式PMSM。
表面式PMSM的永磁体直接暴露在气隙磁场中，容易退磁，弱磁
能力受到限制。
而内置式PMSM的永磁体埋于转子铁芯内部，表面与气隙
之间有铁磁物质的极靴保护，这使得永磁体受到极靴的保护。
在内置式PMSM中，转子磁路结构包括径向式、切向式和混合式。
径向式
转子磁路适用于高速运行场合，有效气隙较小，d轴和q轴的电枢反应电抗较大，从而存在较大的弱磁升速空间。
切向式的IPM的转子磁路结构中，
相邻两个磁极并联提供一个极距下的磁通。
此外，按照永磁体安装形式分类，可分为凸极式（SPM）和嵌入式（IPM）。
凸极式转子是将永磁体安装在转子轴的表面，产生的气隙磁密接近于正弦波，所以电机有良好的动态性能。
嵌入式转子则是将永磁铁嵌入到转子轴的内部，能够产生磁阻转矩，在控制中，可以灵活的利用磁阻转矩提高电机的动态性能。
总之，永磁同步电机转子磁障原理主要涉及永磁体的位置、极靴保护以及凸极式和嵌入式安装形式等方面。
这些因素共同作用，使得电机具有良好的动态性能和效率。
如需了解更多信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关技术手册。
弱磁控制原理与控制方法个人总结
P D F 文件
用 使
" p d f F a c t 试 o r 用 y 本创 P r 建 版 "
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不能超出电流极限圆， 一定要在电压极限椭圆和电流极限圆内。 如 ω = ω 0 时， 电流矢量 i s 的 范围被限制在阴影区域内。
iq
转速增加
B A
A
电流极限圆
ω1
(1-8)
弱磁控制式为满足式(1-7)，如图 1-3 所示，通过控制 id 可使逆变器输出功率不变，将电 动机运行范围扩大到高速区域。但在上述两种控制方案中，当电动机转速达到较高转速时， 电机反电势增大， 都将会导致定子端电压大于母线电压， 迫使定子电流跟踪其指令值所需的 电压差减小至 0（甚至为负） ，此时逆变器的 dq 轴电流控制器都会开始饱和，此时 dq 轴电 流控制器输出均是其限幅值从而失去控制，没有达到弱磁控制的目的。因此在实际应用中， PMSM 的弱磁控制主要是在满足电压极限椭圆和电流极限圆的基础上，调整 id 、 iq ，控制 电流矢量轨迹，避免电流调节器饱和，从而使 PMSM 由恒转矩调速平稳、快速地过渡到弱 磁工作模式。
ω2
id
电压极 限椭圆
图 1-1 电压极限椭圆与电流极限圆
1.2. 永磁同步电动机弱磁控制方法理论分析
由式 1-1 可以看出，当电动机电压达到逆变器输出电压的极限时，即 u s＝u lim ，如果要 继续升高转速则只能靠调节 id 和 iq 来实现，这就是电动机的“弱磁”运行方式。增加直轴 去磁电流分量 id 和减小交轴电流分量 iq ，以维持电压平衡，从而得到弱磁效果。但是为确 保相电流不超过极限值，应保证弱磁控制时增加 id 的同时必须相应减小 iq 。 下面以隐极电机（ Ld = Lq ）为例分析 PMSM 的弱磁控制过程。 为了解这一过程，先参照图 1-2 了解什么是最大转矩/电流控制。
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究摘要永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。
基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。
本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。
关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机一、永磁同步电机弱磁控制研究现状1．永磁同步电机及其控制技术的发展任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。
直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。
因此，交流电机的转矩控制性能不佳。
经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。
1．1 矢量控制1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。
矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。
1．2 恒压频比控制恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。
但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。
要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。
永磁同步电机弱磁控制0扭矩的原因-概述说明以及解释
永磁同步电机弱磁控制0扭矩的原因-概述说明以及解释1.引言1.1 概述永磁同步电机作为一种高效、节能的电机类型，广泛应用于电动汽车、工业生产等领域。
弱磁控制作为一种控制策略，在提高电机效率和降低能耗方面具有重要作用。
然而，在弱磁控制下，永磁同步电机可能出现零扭矩的情况，这将影响电机的性能和工作稳定性。
因此，本文将探讨弱磁控制下永磁同步电机出现零扭矩的原因，并提出解决方案，为优化永磁同步电机的控制效果提供参考。
写文章1.1 概述部分的内容1.2 文章结构文章结构部分是关于整篇文章内容的组织和安排的说明。
在这篇文章中，主要分为引言、正文和结论三个部分。
具体来说，引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节，通过引言部分引领读者对文章主题有一个整体的认识和准备。
正文部分主要包括永磁同步电机的基本原理、弱磁控制的概念和应用、以及弱磁控制下出现零扭矩的可能原因三个小节，通过详细介绍这些内容来帮助读者深入了解永磁同步电机弱磁控制0扭矩的原因。
结论部分则包括总结弱磁控制对永磁同步电机的影响、对零扭矩问题的解决建议，以及展望未来永磁同步电机的发展方向三个小节，通过对文章内容进行总结和展望，让读者对这一主题有一个更加深入和全面的理解。
整个文章结构清晰明了，让读者能够系统性地了解和学习关于永磁同步电机弱磁控制0扭矩的问题。
1.3 目的本文旨在探讨永磁同步电机弱磁控制下出现零扭矩的原因。
通过对永磁同步电机的基本原理和弱磁控制的概念进行分析，深入探讨在弱磁控制模式下零扭矩问题可能出现的原因，为进一步研究和解决这一问题提供理论支持。
同时，本文还致力于总结弱磁控制对永磁同步电机性能的影响，并提出解决零扭矩问题的建议，为永磁同步电机的应用和发展提供参考和指导。
最终，本文旨在展望未来永磁同步电机的发展方向，推动其在各种应用领域中的广泛应用和进步。
2.正文2.1 永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种通过永磁体产生磁场，并利用定子绕组和转子磁场之间的相互作用产生转矩的电机。
永磁同步电动机弱磁调速控制
1.1 永磁同步电机简介
由于高性能电机控制理论和电力电子技术以及微机控制技术的迅速发展，永磁 (PM)电机以其高效性，高转矩惯量比，高能量密度而得到了更多关注。 PM电机通常分为两类： 永磁无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。 BLDC 通常具有梯形波反电势波形，如图1.1b)。梯形波反电势由定子集中绕组和方波充磁的 表面磁铁产生。其转子位置的测量可以非常方便地利用反电势的测量得到，控制方式 简单。但存在转矩脉动,换相间存在冲击电流，一般不太适用于高性能驱动。
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ωr
+
ωf
−
PI
Tr
+
dT −
Hystersis controller
ψf
32
4
56
1
ia
ib
Tf
ψf
1
Ψ, T
Controller
VDC ia ib
s
encoder
PMSM
（c） 直接转矩控制器 图 1.3 PMSM 的主要控制方法 1.2.1 VVVF 控制 VVVF控制策略的控制变量为电机的外部变量，即电压和频率。控制系统将参考 电压和频率输入到实现VVVF的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施 加在电机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。逆变器所用的调制方 式为脉冲宽度调制(PWM)。PWM可以有多种不同的实现方式，如空间矢量调制 (SVPWM)。PMSM的VVVF控制方框图如图1.3(a)所示。 这种控制方法无需从电机引入任何速度、位置或电压、电流反馈信号，属于开环 控制。这种控制系统易于实现且价格低廉。由于系统中不引入速度、位置或其它任何 反馈信号，因此不能即时捕捉电机状态，无法对电机进行精确的电磁转矩控制。由于 仅使用一个调节器实现对输入电压和磁链的调制，将导致输入电压、频率信号和电机 最终的转矩、速度反应之间的通讯速度降低，使电机的响应变慢。这种驱动系统仅适 用于风机、水泵之类无需精确控制的场合。 1.2.2 磁场定向矢量控制 Blaschke在1971年发表了第一篇有关异步电机(IM)的矢量控制(VC)的方法，之后 该方法被应用于PMSM中。这种控制方法目前已经全面发展并在工业上被认为是较成
永磁同步电机弱磁控制理论研究
图 6 普通弱磁区域电流矢量轨迹（圆心在内） 3.3 最大功率输出区域 如图 7 所示，永磁同步电机的电压极限椭圆中心 M 在电流 极限圆的内部时，最大功率输出轨迹与电流极限圆必有交点 B， 随着转速的升高，电流矢量从 A 点变化到 B 点后将沿着最大功 率输出轨迹变化，直至椭圆中心 M 点。M 点为电机在该区域的极 限运行点，此时在理想状态下永磁体的磁链被完全抵消，电机的 转速能够达到无限大。
图 1 永磁同步电机 dq 轴坐标系模型 将电流矢量在 dq 轴系下进行分解，其中 d 轴电流的作用是 影响定子磁链。当永磁同步电机工作电压达到极限后，使 d 轴电 流变为负值，对永磁体励磁磁场产生削弱作用，从而减小电压矢 量幅值，使得电机转速可以继续上升，所以将这一过程称为弱磁 控制[2]。 2 电压极限椭圆和电流极限圆 受永磁同步电机逆变器容量的限制，定子电压和相电流不 能无限制增大，即可得到电机在运行过程中电压和电流的约束 条件[3-4]。 将三相静止坐标系中的电压方程通过坐标变换矩阵可以得
（3）
Hale Waihona Puke 蓘 蓡 （Lqiq）2 +（ψf+Ldid）2≤
ulim ωr
2
在 dq 轴系的电流平面内电流矢量满足条件：
（4）
i2s=i2d+i2q≤i2lim
（5）
通过分析可以发现，对于凸极式永磁同步电机，dq 轴电感之
比 Lq/Ld 一般大于 1，电流极限方程（5）在 dq 轴系内是一个以坐
标原点 O 为圆心的圆，电压极限方程（4）表示为一个椭圆，该椭
关键词：永磁同步电机；弱磁控制；约束条件；运行区域
永磁同步电机弱磁控制理论研究
衢州职业技术学院机电工程学院 郑丽辉 方晓汾
一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法
中 图 分 类 号 ：Ｍ３ １ Ｔ ５ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １ ０ ２ １） ３ ０ ４ － ４ １０ — ０ Ｘ（０ １０ — ０４ ０
Ｃｕｒ ｅ ｔ Ｌｅ ｄ Ａｎｇ ｅ Ｆｌ ｗｅ ｋ ｎ ｎｇ Ｃｏ ｔ ｏ ｆ Ｉ ｒ ｎ ａ ｌ ｕｘ－ ａ ｅ ｉ ｎ ｒ ｌｏ ＰＭ Ｓ ｉ ｅ ｓ Ｍ Ｄｒ ｖ ｒ
参 数 漂 移 影 响 较 大 ， 以对 参 数 变 化 进 行 补 偿 ｌ。 难 ２ Ｊ 由 Ｓ ｉｅ ｒ ｔ ｈｇ ｏ Ｍｏｉ ｏ等 人 提 出 了 一 种 电 流 调 节 器 ｍｏ
获得较满意的控制效果。 是 ， 但 电机 由最 大 转 矩 电
流 比调速 过 渡 到 弱 磁 调 速 时 ．电流 轨 迹 变 化 不 平 滑 ， 电流 响 应滞 后 ， 响 了系 统控 制 的准 确性 。 ｑ轴 影 为 使 Ｉ ＭＳ 更 为 稳 定 快 速 的 过 渡 到 弱 磁 控 Ｐ Ｍ
研 究 方 向 为 电 力 电 子 与 电 力传 动 。 ４ ４
一
种 新 的 内 置 式 永 磁 同 步 电机 弱 磁 控 制 方 法
Ｕ＝ 一ｉｇ ， ｕ＝ ｉ ｗ ｕ ｄ Ｒ ｏ ｉ ｑＲ￣＋ Ｌｉ Ｌｇ ｑ
（） １
图 ３示 出定 子 电 流 矢 量 轨 迹 。 当 电机 要 求 输 出最 大 转 矩 ， 图 ３中 点 转 矩 时 ， 立 －＝ｄ 即 联 岫 ｉ＋ ２ ２ ｉ 式 （ ） 得 电机 采 用 最 大 转 矩 电流 比控 制 且 与 ６可 最 大 转 矩 运 行 时 的直 、 轴 电流 ： 交
， ＇ ＇
后转速无法上升 ． 为获得较 宽的调速范围 ， 在基速
弱磁控制
• 永磁同步电机控制方式
（1）开环控制：u/f恒定
（2）闭环控制：
矢量控制 （70年代） 直接转矩控制（80年代）
PMSM电机的FOC控制策略
1、工作原理 定子电流经过坐标变换后转化为两相 旋转坐标系上的电流 ids 和 iqs，从而 调节转矩 Te和实现弱磁控制。 FOC中需要测量的量为：定子电流、 转子位置角
• 转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构
• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 （1）表面贴装式（SM-PMSM）
直交轴电感Ld和Lq相同 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
定子电流矢量轨迹和电机功率输出
分析
表贴式&内嵌式（空载）
表贴式&嵌入式（加载）
恒转矩轨迹
弱磁控制系统框图
弱磁控制的固有影响因素
影响因素之凸极率
影响因素之弱磁系数
结论
需要注意的地方
1.电流需要控制好，不然永磁体有永久退磁的可能。 2.改变气隙磁链，转矩常数、常数和机电常数不再是常数，对应用 它们计算的控制量都要实时计算。 3.弱磁控制运行在转速极高的情况下，反电动势很大，电流调节器 有可能饱和，可利用的直流母线电压很小甚至为零。 4.为保证电机稳定运行在弱磁高速区，需要进一步控制输入电压逆 变器的电压。 5.相关的弱磁控制数据取决于电机运行时的电气特性，需要实时地 更改这些数据。 6…
PMSM电机的FOC控制策略
3、FOC控制方式
id 0 控制
定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与 永磁体磁场空间矢量正交，电机的输出转矩与定子电 流成正比。 其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好， 可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、 机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器 容量不能充分利用。
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永磁同步电机弱磁控制原理
永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，具有高转矩密度、高效率、高精度等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。
然而，永磁同步电机在运行过程中，由于磁场的不稳定性，容易出现磁场失稳、转速波动等问题，影响了电机的性能和稳定性。
为了解决这些问题，人们提出了弱磁控制原理，通过控制电机的磁场，使其保持稳定，从而提高电机的性能和稳定性。
弱磁控制原理是指在永磁同步电机运行过程中，通过控制电机的磁场，使其保持在一定的范围内，从而保证电机的性能和稳定性。
具体来说，弱磁控制原理包括两个方面：一是控制电机的磁场强度，二是控制电机的转速。
控制电机的磁场强度是弱磁控制原理的核心。
在永磁同步电机中，磁场的强度直接影响电机的性能和稳定性。
如果磁场过强或过弱，都会导致电机的性能下降或者失稳。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的磁场强度在一定的范围内，既不能过强，也不能过弱。
具体来说，可以通过控制电机的电流来控制磁场的强度。
当电机的电流过大时，磁场会过强，导致电机失稳；当电流过小时，磁场会过弱，导致电机性能下降。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的电流在一定的范围内，从而控制磁场的强度。
控制电机的转速也是弱磁控制原理的重要方面。
在永磁同步电机中，转速的稳定性直接影响电机的性能和稳定性。
如果转速波动过大，
会导致电机的性能下降或者失稳。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的转速在一定的范围内，既不能过快，也不能过慢。
具体来说，可以通过控制电机的电流和电压来控制转速的稳定性。
当电机的电流和电压过大时，转速会过快，导致电机失稳；当电流和电压过小时，转速会过慢，导致电机性能下降。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的电流和电压在一定的范围内，从而控制转速的稳定性。
弱磁控制原理是一种有效的控制永磁同步电机的方法，可以提高电机的性能和稳定性。
在实际应用中，可以通过控制电机的电流和电压来控制磁场的强度和转速的稳定性，从而实现弱磁控制。
同时，还可以采用先进的控制算法和控制器，提高电机的控制精度和稳定性，进一步提高电机的性能和稳定性。