场强减弱控制

开发永磁同步电机(PMSM)的弱磁场控制

电机控制Blockset 

设计和实现电机控制算法

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磁场减弱或磁通减弱是一种以降低转矩为代价将电动机的速度提高到额定转速以上的技术。磁场减弱用于自动化应用中的电机控制和电动汽车和机车的牵引电机控制，以在可接受的较低扭矩下实现更高的电机速度。

的永磁同步电动机)因其功率密度高、速度快、动态响应快等特点而受到广泛的应用。然而，当定子端电压达到逆变器输出极限时，PMSM的速度受到限制。因此，永磁同步电机需要减弱磁场以使其轴转速高于设计额定值。实现更高电机速度的一种方法是调节逆变电源电子，以操纵定子d轴和q轴电流，以对抗转子磁体产生的磁气隙磁通。

弱场控制包括通过降低与永磁体相关联的气隙磁链的影响来降低d轴磁链，\(\lambda_{d}\)。这是通过驱动永磁同步电机中充磁d轴定子电流为负来实现的，如下图1所示。

图1得到的d轴通量矢量表示，λd

图2中的转矩-速度特性曲线显示，电机的反电动势(定子电压)随电机转速成比例上升。这种行为发生在永磁同步电机的恒转矩区域，其中磁场定向控制(FOC)是一种公认的电机调节方法。然而，当速度继续上升时，施加的电压达到最大值，反电动势电压超过施加的电压，阻止电机速度增加。为了使电机转速高于其基本转速，在保持恒定输出功率(即转矩和电机转速的乘积)的情况下，采用弱磁场模式。在磁场减弱过程中，电机可以在最大可用电压下更快地旋转，以降低最大转矩为代价。

图2永磁同步电机的转矩和速度特性

图3说明了作为电压极限椭圆和定子电流左侧的限流圆的交点的弱磁场控制操作_d,我_问)飞机。

图3永磁同步电机的电压和电流极限

为了理解场弱化，可以使用结合场弱化区域OABC的轨迹来评估当前矢量轨迹。沿OA的轨迹I是每安培的最大扭矩(该项目的)曲线，其中MTPA可以通过操纵当前矢量轨迹来匹配OA曲线来实现。轨迹II遵循从A到b的限流环，限流由直流总线和电力电子器件的约束定义。轨迹III表示沿BC的深场弱化，即最大每伏转矩(MTPV)曲线。在MTPV运行期间，电机产生的最大速度和扭矩允许的电压约束椭圆，这是由直流总线的边界。无论转矩瞬态响应如何，优化的弱磁场轨迹或工作点总是位于灰色区域内。

图4显示了系统级的永磁同步电机弱磁场控制框图动态仿真模块^®．外部速度控制环生成转矩命令作为MTPA弱磁场控制块的输入。内部电流回路由Clarke和Park变换和一个空间矢量发电机。