电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制
永磁同步电机弱磁控制原理
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。
新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制
新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制新能源汽车的发展是当前汽车行业的热点之一，而电机作为新能源汽车的核心部件之一，其设计及弱磁控制技术的研究与应用也备受关注。
本文将从新能源汽车电机的设计以及弱磁控制两个方面进行探讨。
一、新能源汽车电机的设计新能源汽车电机的设计是保证其高效、稳定、可靠运行的关键。
首先，电机的功率和转速需与车辆的需求相匹配，以确保车辆性能的高效和稳定。
其次，电机的结构和材料选择应考虑到轻量化和散热性能，以提高车辆的续航里程和承载能力。
此外，电机的控制系统也需要具备高效率、快速响应和精准控制的特点，以满足不同驾驶场景下的需求。
针对以上需求，新能源汽车电机的设计通常采用无刷直流电机（BLDC）或永磁同步电机（PMSM）。
这两种电机具有高效率、高功率密度、高扭矩、低噪音和可靠性好等优点，逐渐成为新能源汽车的首选电机类型。
同时，设计者还需要考虑电机的永磁体材料、绕组结构、冷却系统等方面的优化，以提高电机的性能和可靠性。
二、新能源汽车电机的弱磁控制弱磁控制技术是新能源汽车电机控制领域的重要研究方向之一。
传统的电机控制方法通常采用定磁转矩控制或恒磁转矩控制，但这些方法在低转速和低负载情况下容易产生振动和噪音，同时也会降低电机的效率。
而弱磁控制技术可以有效解决这些问题。
弱磁控制技术通过改变定子电流的相位和振荡频率，实现对电机转矩和速度的精确控制。
其核心思想是在低转速和低负载情况下，通过减小定子电流的幅值，使电机工作在弱磁状态下，从而降低振动和噪音，提高电机的效率。
同时，弱磁控制技术还可以实现对电机转矩的精确控制，使车辆在起步、行驶和制动等不同工况下具备更好的驾驶性能和舒适性。
弱磁控制技术的实现主要依赖于先进的电机控制算法和控制器的设计。
目前，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
这些算法可以根据电机的输出信号和目标转矩进行自适应调节，以实现对电机转矩和速度的精确控制。
同时，控制器的设计也需要考虑到实时性、可靠性和抗干扰性等因素，以确保电机控制系统的稳定性和可靠性。
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。
电动汽车用永磁同步电机的超前角弱磁控制
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｎｇｙａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ ３６４０１２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗｏｌｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１２３００，Ｃｈｉｎａ）
第 ３８卷第 ２期 ２０１６年 ６月
南昌大学学报 （工科版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｅｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、
文 章 编 号 ：１００６—０４５６（２０１６）０２—０１９６—０４
Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．２ ］ｕｎ．２０１６
电动 汽 车用 永磁 同步 电机 的超 前 角 弱磁 控 制
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ；ＰＭＳＭ ；ｌｅａｄｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ
永 磁 同步 电 动机 （ＰＭＳＭ ）具 有交 流 电动 机 的 无 电刷 结构 、不需 要励 磁绕 组 ，体积较 小 等结构 上 的 优点 ，也 具有 直流 电动机 的调速 性能 好 的优 点 ，且运 行可靠 ，控制效率高 ，因此电动汽车用永磁 同步电机 作 为驱 动 电机 已经得 到广 泛 的应用 。永 磁 同步 电机 的控制 可分 为基 速 以下 的恒转 矩控 制 和基速 以上 的 恒 功率 控制 。基 速 以下 的恒 转 矩 控 制 ，需 要 满 足 电 动 汽车 快速 起 动 、加 速 、负 荷爬 坡 等 要 求 ；基 速 以上 恒 功率 控 制 ，需 要 满足 电动 汽车 高速行 驶 、超 车 等要 求 ，并 能获 得较 宽 的调 速范 围 。
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机被广泛应用于许多工业领域，如汽车工业、航天航空、机器人、风力发
电和家用电器等。
在永磁同步电机的控制方案中，弱磁控制是一种有效的控制方法，可以
提高永磁同步电机的效率、降低成本和减少能源消耗。
弱磁控制的主要原理是在永磁同步电机的运行过程中，通过降低磁通密度和磁场强度
来减少机械损耗和电流损耗，从而实现能耗的优化。
弱磁控制的另一个优点是可以减少永
磁模拟器的成本，因为永磁模拟器可以用绕组替代，从而减少用于控制电流的硬件成本。
弱磁控制的主要步骤包括：
1. 建立永磁同步电机的数学模型。
对于永磁同步电机的数学模型，可以采用矢量控
制法、电气模型和磁路模型等多种方法进行建模。
2. 选择合适的控制策略。
弱磁控制中，可以采用间接矢量控制和直接转矩控制两种
策略。
其中，采用直接转矩控制可以在永磁同步电机低速运行时减少电流损耗。
3. 设计控制算法。
控制算法是实现弱磁控制的关键，需要综合考虑控制精度、实时性、稳定性等因素进行设计。
4. 实现控制。
弱磁控制需要通过电子控制器来实现，在控制器中可以使用DSP、FPGA、ARM等芯片进行实现。
弱磁控制的实际应用需要考虑到永磁同步电机的不同工作状态。
在低速运行状态下，
弱磁控制可以减少永磁同步电机的电流损耗和机械损耗；在高速运行状态下，弱磁控制可
以减少永磁同步电机的谐波噪声和振动。
电动汽车永磁同步电机最优弱磁控制策略
电动汽车永磁同步电机最优弱磁控制策略林程;邢济垒;黄卓然;程兴群【摘要】本文中提出了一种适用于电动车辆的以转矩为控制目标的弱磁控制策略,通过离线计算获得电机最大转矩特性曲线和策略切换转矩特性曲线,并以此为基础在电机d-q轴坐标系下根据反馈转速和目标转矩不断更新电机弱磁工作点,使其在以最大转矩电流比曲线、电流极限圆和最大转矩电压比曲线为边界的区域内移动,从而在复杂的运行工况下提高了电机转矩响应速度和运行效率.通过Matlab/Simulink仿真验证了整个控制策略的可行性和性能优势.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】9页(P1346-1353,1363)【关键词】电动汽车;永磁同步电机;最优弱磁控制;转矩控制【作者】林程;邢济垒;黄卓然;程兴群【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081【正文语种】中文前言以电动机作为单独或部分动力源的各类新能源汽车凭借其节能环保高效的优越性在世界范围内受到了广泛的关注[1-3]。
其中，受益于稀土永磁材料技术的快速发展，具有高功率密度、高可靠性和宽调速范围的凸极式永磁同步电机(又称内永磁同步电机， interior permanent magnet synchronous motor，IPMSM)已逐渐取代交流异步电机成为车用电机的主流[4]。
目前最易实现的IPMSM控制策略是将电机定子电流的直轴分量控制为0[5]，使电机输出转矩与交轴电流成正比，从而获得以转矩为控制目标的控制方法。
然而上述方法没有利用IPMSM潜在的磁阻转矩，在电机逆变器容量有限的条件下电机的高速性能会受到极大的影响。
为有效拓展IPMSM的转速范围，国内外学者提出了一系列基于电流矢量控制(current vector control，CVC)又称面向磁场控制(field-oriented control，FOC)的PMSM弱磁控制策略，包括超前角弱磁控制、负直轴电流补偿法、梯度下降法、最大输出功率控制等。
一种用于电动汽车的永磁同步电机直接转矩控制的简化方法
2009年1月电工技术学报Vol.24 No. 1 第24卷第1期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jan. 2009一种用于电动汽车的永磁同步电机直接转矩控制的简化方法韩建群1, 2郑萍2（1. 渤海大学信息科学与工程学院锦州 1210132. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨 150001）摘要针对电动汽车的永磁同步电机直接转矩控制问题，研究了相关的电机运行过程。
由于传统同步电机发电制动的过程具有减小转矩的特点，这是直接转矩控制的一个重要部分，因此，在分析一般直接转矩控制原理基础上，提出了一种适用于电动汽车的将直接转矩控制与传统发电制动相结合的方法，从而简化了永磁电机直接转矩控制过程，数学分析和仿真的结果说明该方法是有效的。
关键词：永磁同步电机直接转矩控制发电制动电动汽车中图分类号：TM351A Simplified Direct Torque Control Method of PMSMApplied in Electric VehiclesHan Jianqun1,2 Zheng Ping2（1.Bohai University Jinzhou 121013 China2. Harbin Institute of Technology Harbin 150001 China）Abstract On the issue of direct torque control of permanent magnet synchronous machine (PMSM) applied in electric vehicles, the related process of motor running is analyzed. Since the traditional synchronous machine has the characteristic that the torque can be reduced in the process of dynamic braking, which is an important part of direct torque control, a kind of method is presented through analysis. The method suitable for electric vehicles combines conventional dynamic braking with the PMSM direct torque control. Therefore, the direct torque control process of PM synchronous machine is simplified. The mathematic analysis and simulation result show this method is effective.Keywords：PM synchronous machine, direct torque control, dynamic braking, electric vehicles1引言同步电动机特别是永磁同步电动机（PMSM）有许多优点：体积小，效率高，功率密度大，转子结构更为简化，稳定性更好，在高性能、转矩响应快速性的场合具有很好的应用前景[1]，所以在电动汽车中采用永磁同步电动机驱动成为发展趋势[2-5]。
电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制系统设计
旋转坐标 ３ ｄ ｑ ／ — 变化 葛低速均宥影响 较宽 担负大量工作，系统曩杂
ＢＰ Ｓ 设计
度动态响应快 、 需要 的传感器较少等优点 。 直接转矩控制 （Ｔ ） Ｄ Ｃ
的基本思想是维持定子磁链幅值不变 ， 通过调整其旋转速度进行
转矩角的 调整 以控制转矩与矢量控制系统相 比， 系统转矩响应 陕， 鲁棒 陛好 ， 随着技术在感应 电机上的成功应用 ， 将其引入到永磁 同步牵引电动机系统将进一步提高 电动汽车的动力性和可靠性 ，
Ｃ ｎｏ Ｄ Ｃ Ｓ ｓ ｍ ｏ ｔ ｌ Ｔ ） ｙｔ ｒ（ ｅ
Ｓ ＩＹ０ ｇ ＸＵ ｕ －ｈ ｎ ， Ｈ ｎ， Ｈ ａ ｚ ｏ ｇ ＲＵＡＮ Ｈｕ， ＵＡＮＧ ｉｍ ｉ Ｈ Ｈｕ － ｎ
（ ｐｒ ｎ ｏ Ａｕｏ ｔ ｎ Ｗｕ ａ ｌ ｅｓ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｉａ Ｄｅ ａｔ ｔ ｆ ｔｍａｉ ， ｈ ｎＵｌＶ ｒ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ０ Ｃｈｎ ） ｍｅ ｏ ｉ
（ 武汉理工大学 自 动化学 院， 湖北 武汉 ４０７ ） ３００
摘
要： 本设 计 是 基 十 Ｉ Ｐ的 电动 汽 车 ｊ 永 磁 同 步 电 机 直接 转 矩 控 制 系统 。文 章 闸 述 电机 数 宁控 制 系统 的技 术 方案 ，硬 件 成 及 ） Ｓ ｝ ｊ 实现 ， 并 没订‘ 分 硬 什 电 路 。 了部
ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉｃ ｓ ｅ ．
Ｋｅ ｒ ｓＤＳ ； ｅ ｍａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｏｏ （ Ｍ Ｓ ） Ｄ ｒ ｃ Ｔ ｒ ｕ ｏ ｔ ｌ Ｔ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｐ Ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｎ ｈｏ ｏ ｓ Ｍ Ｓ Ｍ ｔｒＰ Ｍ ； ｉ ｔ ｏ ｑ ｅ Ｃ ｎｒ （ Ｃ） ｅ ｏ Ｄ
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电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制许峻峰1 冯江华2 许建平11.西南交通大学2.株洲电力机车研究所 摘要:通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围。
由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大。
因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能。
通过M AT LAB/SIM ULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
仿真结果验证了理论分析的正确性。
关键词:电动汽车 永磁同步电机 直接转矩 弱磁控制Flux-weakening C ontrol of Direct Torque C ontrol of PermanentMagnet Synchronous Motor for Electrical VehicleXu Junfeng Feng Jiang hua Xu JianpingAbstract:Flux-w eakening control of interior permanen t magnet s ynchr on ou s motor(PM SM)is elaborated by th e pres entation of current limit trajectory,speed limit trajectory and load angel limit tr ajectory.Flux-w eaken ing control extends th e timin g range of the mach ine.For PM SM,flux-w eakening is realized by armatur e reaction.In flux-w eak enin g range,ar mature reaction w ill serious ly affect th e parameters of PM S M s uch as rotor flux,direct ax is inductance and quadrature axis ind uctan ce.T he control trajectories mention ed above and flux-w eakening contr ol performance of w ith and w ithout cons idering arm ature reaction are compared us ing M AT LAB/SIM U LINK.T he ration ality of theory analysis h as b een proved b y s imulation r esu lts.Keywords:electrical vehicle perman ent magnet synchronous motor(PM S M) direct torqu e control flux-w eakening control1 引言电动汽车对于驱动系统的基本要求是:低速时能输出恒定转矩,以适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求,高速时能输出恒定功率,能有较宽的调速范围,适应高速行驶,超车等要求。
较强的弱磁性能能够在逆变器容量不变的情况下提高电动汽车的起动、加速能力及低速爬坡能力;或者说在保持电动汽车起动加速及低速爬坡能力不变的前提下降低电机的最大功率,从而降低逆变器的容量。
因此对电动汽车驱动用永磁同步电动机进行弱磁控制,并且拓宽弱磁范围有着重要的意义。
另外对永磁同步电动机进行弱磁控制可以拓宽电动汽车的运行范围,满足电动汽车高速运行的要求。
因为永磁同步电机的转子励磁磁场由永磁体产生,不能像异步电机一样直接减弱转子磁场,所以弱磁控制便成了永磁同步电机的研究热点。
其弱磁控制原理是通过增加定子直轴电流利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱磁场的效果,从而达到弱磁增速的目的。
针对这一国家自然科学基金项目(50077018),国家教育部博士学科点专项科研基金项目(20020613010)基本思想,学者们提出了众多方案用于改善永磁同步电机的弱磁控制性能。
Bimal.K.Bose[1]提出6步电压法通过改变电机功角来达到改变转矩的目的,该方案对于电机参数的依赖性小,且可实现对直流母线电压的最大利用。
为了解决电机从恒转矩工况到弱磁工况的切换问题,Thom s M.J[2]提出了前馈弱磁方案。
J.M.Kim[3]提出了电流解耦控制和给定电压补偿的方法改善电机弱磁运行性能。
现有弱磁控制方法大都在矢量控制中实现。
由于永磁同步电机直接转矩控制的研究尚处于初步阶段,所以关于其弱磁控制的研究就更少有报道,只有M. F.Rahm an在文献[4]中初步实现埋入式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
田淳在文献[5]中实现了表面式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
目前永磁同步电机的弱磁控制无论是矢量控制系统还是直接转矩控制系统均没有考虑电机的电枢反应对参数的影响,以及由此造成的对弱磁性能的影响。
当电机处于弱磁工况时,电枢反应加大,此时电枢反应对电机参数的影响相比于恒转矩区更大。
为了提高系统控制精度,有必要考虑电枢反应引起的电机参数的变化对电机弱磁性能的影响。
本文在实现永磁同步电机直接转矩弱磁控制的基础上考虑了电枢反应造成的转子磁链、交直轴电感的变化以及其对弱磁性能的影响,并对两者的结果进行了对比。
2 弱磁控制在dq旋转坐标系下,永磁同步电机的基本方程为d=L d0i d+ f(1)q=L q0i q(2)s= 2d+ 2q(3) u s= s= (L d0i d+ f)2+(L q0i q)2(4)T=32n p i q[ f0+(L d0-L q0)i d](5)式中:i d,i q, d, q分别为定子电流、磁链在d,q轴的分量; = r n p, r为转子角速度;T为电磁转矩;n p为电机极对数;L d0,L q0, f0分别为不考虑电枢反应时直轴电感、交轴电感和转子磁链值。
当电机运行于较高转速,电阻值远小于电抗值,电阻的电压降可忽略不计[6]。
因此式(4)忽略了电枢绕组电阻对整个电压降的影响。
文中所使用的永磁同步电机基本参数为:u smax=220V, I smax=1.5A,n p=2,L d0=0.35H,L q0=0.5H, f0=0.401Wb。
在实际控制系统中,电机是由功率半导体器件组成的逆变器驱动的,定子电流和端电压必定受到限制,其约束条件为i s≤I smax(6)u s≤u smax(7)式中:I smax,u smax分别为电枢电流和端电压允许的最大值。
从式(4)和式(7)可见,电机不可能无限制的升速,当电机转速达到 r1时,即n p r1 s=u smax,如果要求转速继续升高,必须减弱定子磁场。
图1为永磁电机运行过程中转矩、端电压和电机功率的变化特性图。
图1 永磁同步电机弱磁控制特性 在直接转矩控制过程中必须保证 < m(其中 定义为负载角, m为最大负载角),原因在于直接转矩控制的基本原则是通过增大负载角来增大输出转矩,当负载角 > m时开关表所提供的电压空间矢量不能足够增大负载角,从而导致输出转矩下降,最终引起系统失控和崩溃。
最大负载角的表达式为[4]m=co s-1[/ s-( / s)2+84](8)其中 =( f L q)/(L q-L d)2.1 各控制轨迹为了充分利用定子电流,在恒转矩区采用M TPF控制[7],其在 s-T和 s- 平面上的轨迹分别如图2,图3所示。
在弱磁区u s=u smax,根据式(4)可知,对于每一转速均对应一个确定的磁链,该磁链值即为直接转矩控制系统中磁链比较环节的定子磁链给定值。
根据式(1)～式(3)及式(5)可得电流限定轨迹,如图2所示,此时电机的最高转速仅与定子磁链的幅值有关,在 s-T平面上电压限定轨迹为垂直于定子磁链轴 s的竖直线。
从图3中可见,在基速以下运行采用M T PF控制时,< m 条件始终满足。
随着弱磁的进行,定子磁链的减小使负载角增大,但最大负载角却在减小,可求出临界点A 点所对应的值 s =0.413Wb, =100.02°。
综合图2、图3可以得到弱磁运行时转矩和转速的关系,如图4所示。
图2 s -T平面控制轨迹图图3 s -平面控制轨迹图图4 转速转矩关系图2.2 弱磁控制的实现图5 永磁同步电机直接转矩控制弱磁控制系统框图永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制系统框图如图5所示。
在恒转矩工作区,转速PI 调节得到转矩给定值,查表得到M T PF 控制所需定子磁链给定值。
在弱磁工作区,定子磁链幅值随着转速升高而减小。
一定转矩输出时,如果电机磁链幅值减小,定子电流势必要增大,当定子磁链在电流限定轨迹上变化时,减小磁链,就要相应减小转矩给定,否则,定子电流将超过最大电流限定值。
因此,电机弱磁运行时,随着转速的变化需要将电机输出转矩限定在相应的转矩范围内,同时考虑最大负载角的限制,转速转矩对应关系如图4所示。
控制系统将转速和转矩限定值两者的对应关系即图4的对应关系存入表中,根据当前的转速查找转矩限定值来动态改变转矩给定值,实现永磁同步电机的弱磁运行。
永磁同步电机的弱磁是通过负向的直轴电流达到弱磁目的的,因此,控制过程中需要考虑永磁体的最大去磁电流,如果去磁电流大于最大去磁电流,永磁体将被退磁,电机不能正常运行,因此需要对直轴电流进行限定,使之不超过最大去磁电流。
3 电枢反应对永磁同步电机弱磁控制的影响 异步电机的弱磁控制是通过直接减弱磁场实现的。
由于永磁同步电机的转子磁场是由永磁体建立的,不能直接减弱,只能通过增加定子直轴电流利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱磁场的效果,从而达到弱磁增速的目的。
即弱磁运行时转速越高,对应的直轴电流越大,即电枢反应越严重。
受电枢反应直接影响,电机的3个参数为永磁磁链 f ,直轴电感L d ,交轴电感L q 。
为了提高系统的控制性能,必须考虑电枢反应对于电机参数的影响。
根据实验可得电机在考虑电枢反应时永磁磁链,交直轴电感的表达式[8]为L d =L d 0-0.1i d i d <0(9)L q =L q 0-0.14i q i q ≤1.0(10) f = f0(11)f = f0-0.5(i q -1.0) i q >1.0(12)将以上参数代入式(1)～式(5)和式(8)可得考虑电枢反应的T - s 和 - s 平面控制轨迹和转矩与转速对应关系图,分别如图6～图8所示。