通過(guò)park變換得到的Id、Iq有什么具體的物理含義？

三相對(duì)稱(chēng)電流通過(guò)向dq坐標(biāo)軸上投影得到的Id、Iq與通過(guò)park變換得到的Id、Iq有什么區(qū)別和聯(lián)系么？

大概翻了下導(dǎo)師讓看的張興的博士論文，里面全都是數(shù)學(xué)推導(dǎo)，很難直接從式子上聯(lián)系到其具體問(wèn)題。最后我翻看電機(jī)學(xué)和電力系統(tǒng)分析里面涉及到的相關(guān)知識(shí)，更加弄混淆了。希望能推薦一些其他講解park變換的前世今生的資料，謝謝。學(xué)習(xí)過(guò)程中還有遇到累死的問(wèn)題有：1、三相對(duì)稱(chēng)電流的相量表示中的投影得到的Id、Iq，我可以認(rèn)為是分別向兩個(gè)垂直方向上的投影，得到有功和無(wú)功分量。而通過(guò)park變換得到的Id、Iq有什么具體的物理含義？我計(jì)算一個(gè)具體的有關(guān)整流器的實(shí)例，用上面2種Id得到的有功功率不相等，相差1.414倍的樣子。2、看到的park變換的推導(dǎo)，好想都是數(shù)學(xué)推導(dǎo)，那么它為什么又叫做同步兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換？同步旋轉(zhuǎn)是什么物理意義？

與相量表示中無(wú)法表示出來(lái)的角頻率w有什么聯(lián)系么？3、還有clark變換又叫兩相靜止坐標(biāo)系，豈不是就是相量表示中的dq坐標(biāo)軸的投影么？4、最后一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)park變換將三相對(duì)稱(chēng)電流得到的直流量Id、Iq是不是只是單純?yōu)榱朔奖憧刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，其具體的物理含義都是由于數(shù)學(xué)推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)各種關(guān)系然后賦予的？也就是說(shuō)是曲線(xiàn)救國(guó)的意思？那我是不是可以自己設(shè)計(jì)一個(gè)新的變換方式，得到新的物理量，然后通過(guò)控制新的物理量達(dá)到控制原來(lái)的物理量的目的。新物理量的具體物理含義只是通過(guò)我自己設(shè)計(jì)的變換方式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)賦予的。（之前問(wèn)過(guò)這問(wèn)題，很雜，很亂，導(dǎo)致很久沒(méi)人回答，于是我就刪了。結(jié)果苦了某些大俠給我寫(xiě)的答案無(wú)處評(píng)論。對(duì)不起啦?。。?/p>

好久都沒(méi)有認(rèn)真回答過(guò)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題了，今天來(lái)一發(fā)。電磁換能魔法師要布陣了！希望這個(gè)回答給所有沒(méi)學(xué)電機(jī)的童鞋一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)，給正在學(xué)電機(jī)的童鞋一個(gè)幫助，給學(xué)過(guò)電機(jī)的以另一個(gè)角度。本答案將不含任何公式，從本質(zhì)上切入問(wèn)題。所有的電機(jī)原理都如下圖（純Visio手繪，輕拍）：

兩個(gè)灰色的輪子一個(gè)是定子，一個(gè)是轉(zhuǎn)子。具體哪個(gè)做定子，哪個(gè)做轉(zhuǎn)子。隨意。所有電機(jī)的原理都是這么簡(jiǎn)單！真的只有這么簡(jiǎn)單，那就是：轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)輪子，另一個(gè)輪子就會(huì)跟著轉(zhuǎn)。很熟悉啊有木有，就是初中物理的講的“異性相吸”啊?？墒菫槭裁此薪滩闹v的都接近于玄幻呢？因?yàn)椤覈?guó)教育擅長(zhǎng)學(xué)而不擅長(zhǎng)教……如果能上Youtube或者看看有幾位IEEE電機(jī)祖師爺寫(xiě)的教材，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)他們寫(xiě)的書(shū)真的就跟連環(huán)畫(huà)似的，好親民……而目前我還沒(méi)有看到過(guò)任何一本能與之等價(jià)的中文讀物……

言歸正傳，參考上圖，磁鐵都緊緊的吸在了一起，憑直覺(jué)，如果錯(cuò)開(kāi)任何一個(gè)角度，比如下圖：

不穩(wěn)定啊有木有！有一種如果松手肯定會(huì)發(fā)生什么的感覺(jué)啊有木有。不錯(cuò)！這就是力！力就這么產(chǎn)生了！力乘以距離就是力矩，在這里我們就稱(chēng)之為轉(zhuǎn)矩。如果我用手轉(zhuǎn)動(dòng)外面的殼，里面的輪子如果能動(dòng)肯定也會(huì)跟著轉(zhuǎn)，這樣電機(jī)就動(dòng)起來(lái)啦~重要的事情再重復(fù)一遍：所有電機(jī)的原理都是這樣的！就是這么簡(jiǎn)單！

OK，所有交流電機(jī)都是有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)帶動(dòng)另一個(gè)磁場(chǎng)使之旋轉(zhuǎn)~那個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn)生的，這個(gè)我想大家都是懂得。如果不懂，那就去看書(shū)吧，這一段教材上寫(xiě)的還是蠻形象的。這個(gè)發(fā)明是意大利的一位物理學(xué)家最先提出的，后來(lái)被特斯拉發(fā)揚(yáng)光大。接下來(lái)的所有例子中，都是外面那個(gè)磁鐵在轉(zhuǎn)，里面那個(gè)輪子跟著動(dòng)。那么問(wèn)題來(lái)了，從上面的兩張圖我們能得到一些什么結(jié)論呢？1. 磁鐵完全對(duì)著的時(shí)候（如第一張圖）電機(jī)轉(zhuǎn)不起來(lái)，對(duì)的太正了好穩(wěn)定的感覺(jué)2. 磁鐵錯(cuò)開(kāi)一點(diǎn)的時(shí)候（如第二張圖）電機(jī)可以轉(zhuǎn)起來(lái)3. 磁鐵錯(cuò)開(kāi)太多的時(shí)候……貌似力度不夠，帶不起來(lái)4. 磁鐵一開(kāi)始就轉(zhuǎn)的特別快，而另一個(gè)轉(zhuǎn)速為零，貌似也轉(zhuǎn)不起來(lái)（因?yàn)閯偙磺懊娴拇盆F吸了一下，后面的磁鐵就又上來(lái)了，又往后吸了一下，前功盡棄的感覺(jué)），所以電機(jī)就在那一直震啊震

于是，你就會(huì)想，如果我想控制里面的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)的漂亮，我就需要有一套有效的控制外面的磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，不能太快，不能太慢，要根據(jù)里面的情況，循序漸進(jìn)的轉(zhuǎn)動(dòng)外面的環(huán)環(huán)~~這就是電機(jī)控制方法。不要看公式復(fù)雜成天書(shū)，本質(zhì)上就是這么簡(jiǎn)單~~

好的，感性認(rèn)識(shí)建立起來(lái)了吧~現(xiàn)在，我們來(lái)看上面提到過(guò)的第3個(gè)問(wèn)題，兩個(gè)磁鐵離得太遠(yuǎn)不行，離得太近不行，那要成什么位置才會(huì)有最大的轉(zhuǎn)矩啊~~~這就是這個(gè)問(wèn)題問(wèn)的本質(zhì)，就有了park變換和DQ軸啦~~park變換就是為了進(jìn)一步探討空間位置對(duì)于力的控制。

控制電機(jī)，說(shuō)到底，控制的是神馬？！其實(shí)就是力啊有木有，磁鐵相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離是固定的，所以轉(zhuǎn)矩直接正比于磁鐵之間的電磁力?。ㄞD(zhuǎn)矩等于所有力乘以距離，距離都一樣）。那么我們談控制其實(shí)就是在控制兩個(gè)磁鐵之間的力。有人會(huì)說(shuō)電機(jī)另一個(gè)輸出量是轉(zhuǎn)速，也許要控制。對(duì)，可是轉(zhuǎn)速是表面現(xiàn)象，控制轉(zhuǎn)速是通過(guò)控制力來(lái)間接實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)矩大了自然會(huì)轉(zhuǎn)的更快，轉(zhuǎn)矩小了轉(zhuǎn)速不就降下來(lái)了嘛~所以歸根到底電機(jī)控制其實(shí)控制的就是電磁力~就是圖上顯示的幾對(duì)磁鐵之間的力~

那么，這個(gè)力跟什么有關(guān)呢？前面我們說(shuō)了，和兩個(gè)內(nèi)外磁鐵的空間位置有關(guān)：兩個(gè)磁鐵錯(cuò)開(kāi)太少?zèng)]有力，錯(cuò)開(kāi)太多了力又不夠，貌似角度錯(cuò)開(kāi)成某個(gè)值的時(shí)候有一個(gè)最大值的感覺(jué)。不錯(cuò)，這個(gè)結(jié)論的得出是在磁鐵磁力不變的前提下得到的，如果磁鐵的強(qiáng)弱是可以調(diào)節(jié)的會(huì)發(fā)生什么？請(qǐng)看下圖：

什么！磁鐵怎么這么??？再看原來(lái)的圖片是不是有一種器大活好的懷舊感？憑直覺(jué)，上圖所示的電機(jī)感覺(jué)上力量就比原來(lái)的電機(jī)弱，因?yàn)樗盆F小啊，力不從心啊有木有?，F(xiàn)實(shí)中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱就是可調(diào)節(jié)的，因?yàn)橥獠康男D(zhuǎn)磁場(chǎng)是由三相電流產(chǎn)生的啦，所以通過(guò)控制正弦電流的幅值你就可以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱啦~有的同學(xué)可能會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，那么對(duì)于永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，里面的磁鐵是不是應(yīng)該保持不變呀？沒(méi)錯(cuò)，這個(gè)問(wèn)題我們放一放，一會(huì)再說(shuō)。

綜上，我們得到了一個(gè)強(qiáng)有力的結(jié)論：要想控制電機(jī)轉(zhuǎn)的漂亮，有兩個(gè)因素要把握好：1. 磁鐵磁力的強(qiáng)弱2. 內(nèi)外磁鐵的空間相對(duì)位置

可是這兩個(gè)問(wèn)題耦合在一起好難分析啊有木有，因?yàn)槿绻盆F變大但空間錯(cuò)的很開(kāi)，那電磁力矩是變大了還是變小了??？如果磁鐵變小但是錯(cuò)開(kāi)的又近了一些，那力矩到底是小了還是大了?。?？有兩個(gè)因素都在變，很難單獨(dú)分析哇。于是我們就想，能不能把這兩個(gè)因素通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法解耦呢？這就是Park變換和DQ軸出現(xiàn)的大背景啦。來(lái)看下圖：

你看，內(nèi)部磁鐵在空間有一個(gè)磁場(chǎng)，外部磁鐵會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，說(shuō)到底，其實(shí)力的產(chǎn)生就是和這兩個(gè)磁場(chǎng)的大小和方向有關(guān)系嘛~

所以（敲黑板狀），所有電機(jī)，注意是所有電機(jī)（包括直流電機(jī)和任何類(lèi)型電機(jī)），他們的轉(zhuǎn)矩都是正比于內(nèi)外兩個(gè)磁場(chǎng)的叉乘（如上圖），就是兩個(gè)磁場(chǎng)矢量圍成的平行四邊形的面積。如果兩個(gè)磁鐵方向重合（如最開(kāi)始的第一張圖），那么平行四邊形的面積就是零，沒(méi)有力。如果方向錯(cuò)開(kāi)一點(diǎn)（比如最開(kāi)始的第二張圖），那么就會(huì)有力（因?yàn)槠叫兴倪呅蚊娣e不為零啦）。上面這個(gè)公式（電機(jī)轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)叉乘定子磁場(chǎng)）是電機(jī)學(xué)最最最最最本質(zhì)的公式！我不明白為什么我們的中文教科書(shū)都不詳細(xì)講這一條！?。?！

好，接著嘮。平行四邊形什么的最有意思啦，因?yàn)樗梢员徊鸪删匦伟七巧板的感覺(jué)：

你看，一個(gè)平行四邊形就這么被拆成矩形啦。為什么這么拆？因?yàn)楹每窗。∧悴挥X(jué)得方方的地磚才是正派么？四邊形的地磚都是異端啊。上面兩個(gè)圖形的面積是一樣的，所以分析起來(lái)不必?fù)?dān)心。我們把原來(lái)的Bin稱(chēng)之為d軸磁場(chǎng)（d是direct的縮寫(xiě)，意思是直接的；d軸中文翻譯為直軸），把新拆出來(lái)的垂直于Bin的磁場(chǎng)稱(chēng)之為q軸磁場(chǎng)（q是quadrature的縮寫(xiě)，意思是垂直的、正交的、90度的；q軸中文翻譯為交軸）。怎么樣，其實(shí)這些原理一開(kāi)始定義的時(shí)候是很好記的！很形象的！哪有那么復(fù)雜！1929年，帕克還在波士頓的通用電氣苦逼的擰螺絲呢，他哪會(huì)起什么復(fù)雜的名字，完全是為了自己干活好用好嘛~

看！兩個(gè)磁場(chǎng)，Bd和Bq，他們的面積決定了力的大小！決定了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩！控制這兩個(gè)值，上面我們分析的所有情況都可以被控制啦！那么磁場(chǎng)是什么產(chǎn)生的？電流產(chǎn)生的。磁場(chǎng)和電流的關(guān)系是什么？

磁場(chǎng)=電流×電感

又是高中物理啊……是啊，你工程再?gòu)?fù)雜，本質(zhì)上的物理屬性就是這么簡(jiǎn)單……所以帕克就說(shuō)啦，把電機(jī)現(xiàn)實(shí)中的三相電感如果能轉(zhuǎn)換成DQ軸的兩相電感，世界就美好了啊。因?yàn)殡娏魑铱梢詼y(cè)出來(lái)，我只要知道了DQ軸電感，那我就知道了兩個(gè)磁場(chǎng)啦，然后我就又知道力啦，然后我就知道了轉(zhuǎn)矩啦，然后我就可以通過(guò)改變電流控制轉(zhuǎn)矩啦，然后我就可以通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)速啦！有一種征服了全世界的感覺(jué)啊有木有。

回來(lái)了，繼續(xù)答題。普通青年的思路就像剛才說(shuō)的這樣，有這么一條鏈條：電流 → 磁場(chǎng) → 力 → 轉(zhuǎn)矩 → 速度所以我們通過(guò)控制電流的D軸分量和Q軸分量就能控制矩形的兩條邊：Bd和Bq的大小啦，他們相乘就是轉(zhuǎn)矩啊~ 通過(guò)速度和（或）位置反饋，我們就能夠有效的控制外面的環(huán)環(huán)使之帶動(dòng)里面的輪子轉(zhuǎn)起來(lái)啦。DQ兩個(gè)分量合成的其實(shí)是一個(gè)矢量，于是乎這種方法就叫做矢量控制（Vector Control），也有人稱(chēng)之為FOC（Field Oriented Control），一回事。這種普通青年的正常思路是1970年前后由達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)和西門(mén)子工程師提出的。

二逼青年可能會(huì)這么問(wèn)：上面那個(gè)鏈條好繁瑣，特別是在電流推磁場(chǎng)的過(guò)程中，要用到派克變換，那矩陣太美都不敢看，難道就木有簡(jiǎn)單的辦法嗎？有同學(xué)可能就會(huì)說(shuō)，為什么不用一個(gè)磁場(chǎng)傳感器直接測(cè)量磁場(chǎng)呢？這樣一來(lái)我們不就直接知道了磁場(chǎng)的位置和方向了嘛~~ 原則上來(lái)說(shuō)確實(shí)是這樣的，可是??！電機(jī)內(nèi)部氣隙太小，沒(méi)法安裝啊衰。平時(shí)大家是怎么測(cè)量電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的呢？有些人用一根導(dǎo)線(xiàn)在某個(gè)定子的齒（tooth）上纏幾圈，直接測(cè)量感應(yīng)出來(lái)的電壓不就好啦，因?yàn)殡妷壕褪谴艌?chǎng)的微分呀。這時(shí)候，兩個(gè)文藝青年站出來(lái)了，說(shuō)：“給你們厲害的，定子繞組本身就是一個(gè)傳感器呀”。眾人仿佛發(fā)現(xiàn)了什么，一陣蛋疼，紛紛暈倒：“臥槽！我們?yōu)槭裁淳蜎](méi)有想到?。。。　痹瓉?lái)，定子電壓直接積分不就是磁通嘛……沒(méi)辦法，晚一步就是晚一步，那兩個(gè)文藝青年將這種方法注冊(cè)了專(zhuān)利：直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），眾人再次暈倒。后來(lái)ABB公司直接買(mǎi)斷了這份專(zhuān)利，眾人紛紛散場(chǎng)：“算了，還是用矢量控制吧”。

于是，西門(mén)子和ABB兩大巨頭的帶領(lǐng)下，電機(jī)控制分為了劍宗和氣宗，哦不對(duì)，是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的陣營(yíng)。矢量控制要走一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的鏈條，所以計(jì)算量大。直接轉(zhuǎn)矩控制簡(jiǎn)單有效，可惜被買(mǎi)斷了……于是眾人只能繼續(xù)用矢量控制……

看到這里，基本上就明白了DQ軸和帕克變換了吧~我們的特別多的中文教材和很多教授（甚至諸多老教授）喜歡把DQ變換說(shuō)成“把交流電機(jī)變換為直流電機(jī)分析”的過(guò)程，其實(shí)這個(gè)類(lèi)比很容易把學(xué)生給帶迷糊了，尤其是第一次連直流電機(jī)都沒(méi)弄特別清楚的新生。DQ變換之后的磁場(chǎng)分析和直流電機(jī)的磁場(chǎng)可完全不是一個(gè)問(wèn)題，只能類(lèi)比，只能說(shuō)長(zhǎng)得像，千萬(wàn)不能直接套著用。

又是新的一天，繼續(xù)更新。其實(shí)以上基本上能夠講明白DQ軸的由來(lái)，電機(jī)基本原理和電機(jī)控制的基本原理。如果你想了解到這里，以上足夠了。以下將深入一些，涉及到異步、永磁電機(jī)的差異，弱磁控制的本質(zhì)原因和電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的自身特點(diǎn)等問(wèn)題，都是比較熱門(mén)的問(wèn)題，不過(guò)原理上還是比較簡(jiǎn)單的。

就像上面說(shuō)的，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的本質(zhì)原因是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的相互作用，再說(shuō)白一點(diǎn)，就是一個(gè)磁鐵吸著另一個(gè)磁鐵，使得另一個(gè)磁鐵所在的轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)圈：

這樣的話(huà)就需要兩個(gè)磁鐵，一個(gè)主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁鐵，一個(gè)被動(dòng)被吸附的磁鐵。主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁鐵我們知道是三相對(duì)稱(chēng)電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。那么被動(dòng)吸附磁鐵是誰(shuí)？對(duì)于同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，被動(dòng)吸附的磁鐵是鑲嵌在轉(zhuǎn)子上的永磁體或他勵(lì)線(xiàn)圈產(chǎn)生的“人造永磁體”；對(duì)于異步電機(jī)來(lái)說(shuō)好像沒(méi)有被吸附的永磁鐵啊。對(duì)，因?yàn)楫惒诫姍C(jī)被吸附的永磁體也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的。納尼？理解不能??！不要著急，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是個(gè)鼠籠，他經(jīng)歷了一些奇妙的事情：

外面旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn) → 切割了鼠籠的金屬導(dǎo)體 → 金屬導(dǎo)體產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì) → 由于鼠籠短接所以金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生了感應(yīng)電流 → 感應(yīng)電流產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)）

所以，對(duì)于異步電機(jī)來(lái)說(shuō)，他的“被吸附的永磁體”就這么產(chǎn)生了！異步電機(jī)的“被吸附磁體”是自己感應(yīng)出來(lái)的！所以異步電機(jī)（Asynchronous Motor）的英文名叫做感應(yīng)電機(jī)（Induction Motor）。好像有點(diǎn)熟悉？沒(méi)錯(cuò)，這不就是個(gè)變壓器嘛~~ 原邊產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)然后副邊感應(yīng)了一個(gè)電流啊，電能就這么傳輸過(guò)去了。只不過(guò)普通的變壓器是靜態(tài)的，這個(gè)變壓器是會(huì)動(dòng)的！也就是說(shuō)這個(gè)變壓器的鐵芯不是一整塊，而是兩塊拼起來(lái)的，所以副邊纏繞的那塊鐵芯就跟著原邊纏繞的那塊鐵芯轉(zhuǎn)起來(lái)啦。正因?yàn)檫@樣，異步電機(jī)的等效電路圖其實(shí)就是一個(gè)變壓器，只不過(guò)二次側(cè)的有效電阻是一個(gè)和轉(zhuǎn)差率相關(guān)的動(dòng)態(tài)元件。

如果你還是對(duì)異步電機(jī)的內(nèi)外磁鐵不能夠明白，我就再放一個(gè)實(shí)際中的異步電機(jī)定子轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布圖：

那些線(xiàn)條是磁力線(xiàn)，定子的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)形成了一個(gè)角度，其實(shí)就相當(dāng)于兩個(gè)磁鐵了，跟前面演示的磁鐵圖沒(méi)有任何區(qū)別。

這樣一來(lái)，兩種電機(jī)的原理基本上就能夠理清啦。

終于回來(lái)了，繼續(xù)更新。今天主要說(shuō)感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)的磁場(chǎng)控制區(qū)別。再次復(fù)習(xí)一下重點(diǎn)：電機(jī)轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的叉乘，即等價(jià)于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)圍成的平行四邊形的面積，亦正比于DQ軸磁場(chǎng)圍成的矩形面積。無(wú)論是感應(yīng)電機(jī)還是永磁電機(jī)，控制轉(zhuǎn)矩都是通過(guò)控制DQ矩形面積來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)我們前面說(shuō)過(guò)?？墒牵捎诟袘?yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)的構(gòu)造有區(qū)別，他們的磁場(chǎng)控制策略也是有區(qū)別的。這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)是現(xiàn)在工業(yè)中應(yīng)用最最廣泛的兩種電機(jī)。這兩種電機(jī)就像交流電和直流電一樣，就像直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制一樣，幾乎平分了市場(chǎng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。無(wú)論你面試特斯拉，福特還是通用、豐田全電動(dòng)或混動(dòng)部，這道面試題是肯定躲不過(guò)的。目前所有混合動(dòng)力汽車(chē)的電機(jī)都是無(wú)刷永磁電機(jī)，而目前純電動(dòng)車(chē)的電機(jī)主要是感應(yīng)電機(jī)（因?yàn)榧冸妱?dòng)特斯拉占了很大比例，而特斯拉全部都是感應(yīng)電機(jī)）。

對(duì)于感應(yīng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)都是由三相電流來(lái)決定的，因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是感應(yīng)出來(lái)的嘛；而對(duì)于永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)有相當(dāng)一部分是由鑲嵌的永磁體決定的，而且這部分磁場(chǎng)是幾乎不變的。對(duì)于感應(yīng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)都可以靈活自如的調(diào)節(jié)；而對(duì)于永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相當(dāng)一部分是改變不了的（永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)是恒定不變的）。通俗點(diǎn)講就是：感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)磁鐵都可以變大變??；而永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)磁鐵基本上改變不了。如下圖：

上圖中我已經(jīng)將磁場(chǎng)分解成了垂直的兩個(gè)磁鐵啦，其實(shí)和前面斜著擺的是一回事。這兩個(gè)磁鐵就分別是總的DQ軸的磁場(chǎng)啦。由于已經(jīng)分解了，那么這兩個(gè)磁場(chǎng)總是垂直的嘛，看，這下干活是不是方便多啦。感覺(jué)上是不是感應(yīng)電機(jī)的勁兒大一些呢？因?yàn)槿思掖盆F好大的感覺(jué)哈。對(duì)，如果真的是按圖中所畫(huà)那樣，這個(gè)感應(yīng)電機(jī)的功率確實(shí)比下面的永磁電機(jī)高。所以大家現(xiàn)在還在研究新的永磁體好讓圖中永磁的轉(zhuǎn)子側(cè)那塊的磁鐵再大一些嘛~

對(duì)于感應(yīng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)磁鐵就像是大圣的如意金箍棒，要大便都大，要小便都小，所以很靈活呀有木有！但是控制起來(lái)很麻煩，因?yàn)閮蛇叾家傩?，累啊！但是真的靈活啊，特別是有了電力電子技術(shù)，那開(kāi)關(guān)啪啪啪，一秒鐘就能啪幾千次，控制的超級(jí)精確呀有木有，所以控制這一塊也還好，并沒(méi)有那么夸張啦。

對(duì)于永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁鐵就是一坨安安靜靜的永磁體，人家基本上是固定的，而我只要變動(dòng)Q軸磁場(chǎng)就可以輕松的實(shí)現(xiàn)控制，簡(jiǎn)單省心，尤其是啟動(dòng)的時(shí)候，哎媽呀，那真是簡(jiǎn)單有效（一會(huì)會(huì)講）。但是還是我的那句話(huà)，有利就有弊，正是因?yàn)橛来朋w的磁場(chǎng)不變性，給后來(lái)的控制引入了大麻煩了。

啟動(dòng)的時(shí)候，看下圖：

從上圖看來(lái)，感應(yīng)電機(jī)的磁場(chǎng)是兩條邊同時(shí)長(zhǎng)的，而永磁電機(jī)呢？人家轉(zhuǎn)子側(cè)本來(lái)就有很牛逼的永磁磁場(chǎng)，所以只需要一個(gè)Q邊就可以圍出來(lái)一個(gè)大大的面積。上面兩個(gè)矩形的面積是一樣的，可是樣子卻完全不同的。這意味著，此時(shí)兩種電機(jī)的力矩雖然相同，可是消耗的電流不一樣呀。感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)磁場(chǎng)都要由電流提供，而永磁電機(jī)只需要電流提供一個(gè)Q軸磁場(chǎng)就可以啦。所以在啟動(dòng)的時(shí)候，永磁電機(jī)的效率狂甩感應(yīng)電機(jī)幾條街啊。沒(méi)辦法，什么叫做天生條件好，你懂了吧，天生大長(zhǎng)腿，自然跑的美。但是這個(gè)天生的優(yōu)勢(shì)在弱磁控制中卻成了永磁電機(jī)的致命弱點(diǎn)。這部分下次再更。

回來(lái)啦！今天我們講解弱磁控制！這個(gè)問(wèn)題是電機(jī)的高階領(lǐng)悟！能修煉到這一層接觸這個(gè)問(wèn)題，說(shuō)明你已經(jīng)很厲害啦，這意味著你已經(jīng)是研究生以上學(xué)歷的電氣工程學(xué)者或者是資深工程師啦。什么是弱磁控制？英文名字叫做 Flux-Weakening Control，直譯是“弱磁控制”，但我們有些中文學(xué)者將這個(gè)翻譯成了：“弱磁擴(kuò)速”！我覺(jué)得這個(gè)翻譯簡(jiǎn)直神了~~ 因?yàn)槿醮趴刂凭褪菫榱藬U(kuò)速~漢語(yǔ)的博大精深終于體現(xiàn)出來(lái)啦。擴(kuò)速，就是擴(kuò)展速度，把電機(jī)的運(yùn)行速度繼續(xù)向上提。比如，這臺(tái)電機(jī)的額定速度是3000轉(zhuǎn)/分，我想提到5000轉(zhuǎn)或7000轉(zhuǎn)，怎么辦？繼續(xù)加電壓？絕緣會(huì)擊穿吧~ 繼續(xù)加電流？貌似和加電壓是一回事呀~ 那怎么辦？這就是弱磁控制，這是一個(gè)“電機(jī)到達(dá)額定轉(zhuǎn)速之后繼續(xù)擴(kuò)速改怎么辦”的問(wèn)題。有沒(méi)有辦法呢？有的。當(dāng)然一開(kāi)始是沒(méi)有的，一開(kāi)始沒(méi)有電力電子技術(shù)的時(shí)候這種事情想都不敢想，繼續(xù)加電壓會(huì)電弧閃閃放光芒的。后來(lái)有了電力電子技術(shù)，弱磁擴(kuò)速才慢慢出現(xiàn)了。

正式開(kāi)講弱磁控制之前，我先幫大家回憶一下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度曲線(xiàn)，這個(gè)很經(jīng)典：

上圖第一張圖是轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)，第二張圖是功率-轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)。上電機(jī)課程的時(shí)候，老師都會(huì)講：電機(jī)有兩個(gè)狀態(tài)：一開(kāi)始是恒轉(zhuǎn)矩，后來(lái)是恒功率。但是有些倒霉老師不講為什么，坑爹啊……我來(lái)告訴為什么，還是因?yàn)橐粋€(gè)高中物理公式：

功率=轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速

一開(kāi)始，電機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，以最快的方式把電機(jī)的速度帶上來(lái)。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為恒轉(zhuǎn)矩控制。這個(gè)過(guò)程中，功率從零慢慢增大，就是我前面說(shuō)的“循序漸進(jìn)”的啟動(dòng)過(guò)程。但是力量是一直保持不變的。有些同學(xué)會(huì)問(wèn)，為什么這個(gè)時(shí)候不是保持最大功率呢？因?yàn)檫@時(shí)候轉(zhuǎn)速很低啊，要是保持最大功率，參考上面的公式，你覺(jué)得你出的力的多大啊騷年。臣妾力量不足啊。所以這個(gè)時(shí)候功率慢慢長(zhǎng)上來(lái)是比較合理的。電機(jī)說(shuō)：我功率有最大值，轉(zhuǎn)矩也有最大值，超過(guò)哪個(gè)我都吃不消啊。這個(gè)過(guò)程也可以借助于磁鐵來(lái)描述：一開(kāi)始兩個(gè)磁鐵都是最大的，力最大嘛。可是這時(shí)候功率不是最大的喲。力和功率這兩個(gè)量的關(guān)系很容易把人帶迷糊。我下面還會(huì)詳細(xì)說(shuō)。

后來(lái)，功率到達(dá)最大值，臣妾已無(wú)余力繼續(xù)用力了，這時(shí)候電機(jī)保持著這個(gè)功率，減小轉(zhuǎn)矩，但是速度卻上來(lái)了。這個(gè)過(guò)程就是恒功率調(diào)速。這個(gè)過(guò)程中，電壓電流不變所以功率不變，但是正弦電流的頻率慢慢增長(zhǎng)。由于磁通正比于電壓除以轉(zhuǎn)速，所以隨著轉(zhuǎn)速的提升，磁通也就下降了。正因?yàn)槿绱?，這個(gè)過(guò)程也被稱(chēng)為弱磁控制。因?yàn)榇艌?chǎng)變?nèi)趿寺铩：?jiǎn)而言之就是：磁鐵變小了。

什么？磁鐵變小了反而轉(zhuǎn)的快了？不符合常理??？平時(shí)不都是力氣越大跑的越快么？怎么磁鐵小了力氣變小了反而速度上去了呢？想不通?。?！

如果你有這個(gè)疑問(wèn)，那么你和我當(dāng)初一樣，也把“力”和“功率”兩個(gè)概念給弄混啦~力是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。力和速度有關(guān)系，也沒(méi)有關(guān)系，這個(gè)得看具體情況。一個(gè)物體不受外力，照樣可以保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（牛頓第一定律）。而功率是能量的表現(xiàn)，這個(gè)和力是有區(qū)別的。磁鐵小了，力是變小了，可是速度變大了，那什么變小了？加速度變小了！！這意味著物體速度的增長(zhǎng)量變小了！這說(shuō)明速度長(zhǎng)得沒(méi)那么快了！但是速度還是長(zhǎng)的?。∵@下你明白了吧？為什么磁鐵小了轉(zhuǎn)速變快了？對(duì)，平時(shí)我們感覺(jué)力越大跑的越快，沒(méi)錯(cuò)?？墒悄菚r(shí)啟動(dòng)的時(shí)候，那是恒轉(zhuǎn)矩控制的區(qū)域。后來(lái)到了恒功率區(qū)，這個(gè)感覺(jué)是平時(shí)人類(lèi)不太能有的，所以這時(shí)候注意體會(huì)。就像你把衛(wèi)星扔到了軌道上，衛(wèi)星具有速度之后就不需要再用燃料維持速度啦。記住，和力有關(guān)的是加速度，而不是速度~

這時(shí)候，磁通慢慢變小，等效看來(lái)就是磁鐵變小了，速度上來(lái)了。OK，這就是弱磁控制。說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，做起來(lái)還是不容易的。對(duì)于感應(yīng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，前面我們說(shuō)過(guò)，他的兩個(gè)磁鐵就是兩個(gè)如意金箍棒啊~能大能小，所以要求感應(yīng)電機(jī)做弱磁控制炒雞簡(jiǎn)單啊有木有?？墒怯来烹姍C(jī)怎么辦？D軸磁場(chǎng)相當(dāng)一部分是永磁體的，改變不了啊親。于是平時(shí)我們說(shuō)的弱磁控制主要是針對(duì)永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)的，因?yàn)樗哪莻€(gè)永磁鐵磁場(chǎng)小不了??！

這時(shí)候，有一些二逼青年說(shuō)，既然轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)不能變，那就干脆讓定子磁場(chǎng)注入一個(gè)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，使得整個(gè)合成磁場(chǎng)的D軸凈磁場(chǎng)值減小。呵呵噠，能行么？是不是覺(jué)得很作弊??？沒(méi)辦法，工程學(xué)從來(lái)都是這樣的，看似很作弊，實(shí)際用起來(lái)還行……所以這就是永磁電機(jī)的弱磁控制本質(zhì)：注入一個(gè)和D軸相反的磁場(chǎng)使之合成磁場(chǎng)弱磁。（評(píng)論里有人問(wèn)Id增大為什么轉(zhuǎn)矩減小，我這里算是回答你了。Id增大，但是方向是和永磁方向相反的，所以合成的磁場(chǎng)是減小的，矩形面積是減小的）。由于注入了相反的磁場(chǎng)使得相當(dāng)一部分電流做起了無(wú)用功，所以在弱磁方面，永磁電機(jī)的效率比異步電機(jī)要低。