永磁同步電機(jī)全速域矢量控制的全過程介紹

一直都想知道永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速從零增加到極限這個過程會發(fā)生什么，這篇文章介紹一下永磁同步電機(jī)全速域矢量控制的全過程，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速從零開始逐漸增加，如何設(shè)計電流環(huán)電流使得電機(jī)輸出恒定轉(zhuǎn)矩，且保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。能把這個過程想清楚，會對電機(jī)控制有更深的理解，預(yù)告一下，這篇文章會講清楚三種矢量控制的基本方法：

1）控制

2）最大轉(zhuǎn)矩/電流控制(MTPA)

3）弱磁控制

背景知識

電機(jī)涉及到的知識太多了，沒辦法把背景知識全部講清楚，這里把需要的一些背景知識列出來，分析的時候可以先不去理解這些背景知識的含義，直接當(dāng)成結(jié)論使用，對理解會更加方便。

永磁同步電機(jī)的控制策略主要有1）直接轉(zhuǎn)矩控制，2）矢量控制，本文僅討論矢量控制策略下的調(diào)速過程。

矢量控制將電機(jī)三相定子電流解耦為互相垂直的電流分量（d軸，q軸），矢量控制的基本方法有控制，最大轉(zhuǎn)矩電流比控制（MTPA)，弱磁控制等。

轉(zhuǎn)矩方程：

電壓方程：

其中，

理論分析

總的來說，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加的過程可以概括為這三個階段：

1）當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)時，電機(jī)會以最大轉(zhuǎn)矩電流比控制（MTPA）的控制策略工作。

2）繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，電機(jī)受到電壓的限制，而不得不工作在弱磁控制來維持轉(zhuǎn)矩

3）繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，電機(jī)受到電流的限制，電機(jī)以恒功率條件運(yùn)行，輸出的轉(zhuǎn)矩會隨著轉(zhuǎn)速的增加而下降。

逐步分析以上結(jié)論：

首先要明白電流約束和電壓約束這兩個概念，電機(jī)的能量是有限的，電機(jī)不可能達(dá)到無窮大轉(zhuǎn)速，永磁同步電機(jī)電流矢量Is和電壓矢量Us有如下約束條件:

表貼式永磁同步電機(jī)全速域矢量控制分析

表貼式永磁同步電機(jī)和內(nèi)置式永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)上有差異，這里先介紹表貼式永磁同步電機(jī)的速度控制過程。

表貼式永磁同步電機(jī)d、q軸電感相同，Ld=Lq，因此轉(zhuǎn)矩方程為：

調(diào)速全過程可以用圖1來完全表征：

圖1 表貼式永磁同步電機(jī)的全速域電流變化過程

繼續(xù)來看圖，調(diào)速全過程用圖 2 來完全表征:

圖2 內(nèi)置式永磁同步電機(jī)全速域電流變化過程

最后再來看一下電機(jī)速度從零增加到極限的三個階段，是不是更加清晰了

1）當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)時，電機(jī)會以最大轉(zhuǎn)矩電流比控制（MTPA）的控制策略工作。

2）繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，電機(jī)受到電壓的限制，而不得不工作在弱磁控制來維持轉(zhuǎn)矩

3）繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，電機(jī)受到電流的限制，電機(jī)以恒功率條件運(yùn)行，輸出的轉(zhuǎn)矩會隨著轉(zhuǎn)速的增加而下降。

審核編輯：劉清