感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法

感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法1概述电感应电动机转子磁场定向控制是一种利用电感应电动机转子磁场定向来实现自动控制的新型技术，它利用了转子运行时产生的偏磁场，通过反馈控制实现了广泛的自动化控制。

此外，磁场定向技术还具有优于传统数字控制方法的实时性和灵活性，适用于智能控制场景。

基于以上优点，近年来，磁场定向控制算法在微机控制行业中受到越来越广泛的关注，并得到广泛的实际应用。

2基本原理电感应电动机转子磁场定向控制技术是一种可以满足电动机自动保持特定磁场定向的自动控制算法，该算法用来检测当前转子运行状态并调整相应偏磁，从而控制转子磁场，使其保持设定的参考方向。

由于磁场定向技术的特殊性，其实现的过程是一种弱磁控制。

首先，对电动机实现弱磁控制，需从转子中使用高精度磁强计和电场模拟器以及磁鉴定系统来成功探测当前转子的磁场强度。

在控制环节，运用转子偏磁信号调整电机电磁联轴器，从而达到现有系统中偏磁矫正和转子磁场定向控制的目标。

3算法实现磁场定向控制算法的实现主要包括检测转子磁场定向状态、调整转子磁场定向和转子偏磁的三个步骤。

（1）通过相应传感器检测转子磁场定向状态：首先，通过高精度磁强计、电场模拟器和磁鉴定系统，检测转子当前位置及其在设定参考方向上的偏差角度。

（2）调整转子磁场定向：根据检测出来的转子磁场定向状态及其偏差角度，柔性调整相应偏磁，来实现转子磁场定向调整。

（3）调整转子偏磁：根据磁场定向算法的反馈信号和当前转子磁场定向状态，调整相应的转子偏磁，从而达到磁场定向控制的目的。

4结论电感应电动机转子磁场定向控制算法是一种有效的控制方法，它可以实现高精度的转子磁场定向控制，进而提高电动机的性能和可靠性。

该技术为智能化系统提供了有效、稳定、可靠的控制平台，同时也开拓了电动机转子磁控自由度更高的自控控制空间。

基于矢量控制的感应电机弱磁控制算法研究陶华堂;李强【摘要】变频调速控制系统要求电机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力,并能输出较大的转矩.提出一种感应电动机弱磁状态下励磁电流和转矩电流轨迹控制的新方法.在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,对电机励磁电流轨迹和转矩电流轨迹分别独立控制,实现全速度范围内的最大转矩输出.设计了该弱磁控制算法的实现策略,并在7.5 kW感应电机上进行实验研究,与传统弱磁控制方法相比,提出的弱磁控制方法可以输出更大的转矩,电流波动小,系统更稳定.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2016(046)003【总页数】5页(P7-11)【关键词】感应电机;矢量控制;弱磁;最大转矩电流比控制【作者】陶华堂;李强【作者单位】中国卫星海上测控部,江苏江阴214400;中国卫星海上测控部,江苏江阴214400【正文语种】中文【中图分类】TM30感应电机具有转子结构坚固、可靠性高、成本低、转矩波动小和噪声小等优点。

基于矢量控制的感应电机变频调速系统被广泛应用于家用电器、电梯曳引、电动汽车、数控机床、船舶动力等领域。

采用电压源逆变器驱动电机时，由于受到逆变器最大输出电压和最大输出电流的限制，需要采用弱磁调速等方法使电机输出最大转速，且高速时仍能最大限度输出电磁转矩。

传统的弱磁控制方法是在基速以上，控制电机磁链和电机转速成反比［1-2］，这种方法简单易实现，但是没有输出最大转矩电流比，即没有最大限度输出转矩；文献［3］提出了一种过调制算法，用来实现永磁同步电机的弱磁调速，但是该方法实现起来较困难；文献［4-11］提出的查表修正方法目前较为流行，主要是根据电机的转速通过查表修正电机励磁电流iM和转矩电流iT，此类方法简单易实现，应用也较为广泛，但是受电机本身参数影响较大；文献［12］提出了一种通过控制电机电压轨迹的方法实现电机弱磁调速控制，该方法不受电机参数影响，但前提是要获得电机励磁电流的大小。

2016年6月12日星期日电机的弱磁控制原理异步电机变压变频调速的控制特性基频以下：恒转矩调速（恒磁通调速）电机启动电流大的原因：当感应电动机处在停止状态时，从电磁的角度看，就象变压器，接到电源去的定子绕组相当于变压器的一次线圈，成闭路的转子绕组相当于变压器被短路的二次线圈；定子绕组和转子绕组间无电的的联系，只有磁的联系，磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。

当合闸瞬间，转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能，就象变压器二次磁通要抵消一次磁通的作用一样。

而定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流。

因为此时转子的电流很大，故定子电流也增得很大，甚至高达额定电流的4~7倍，这就是启动电流大的缘由。

启动后电流为什么小？随着电动机转速增高，定子磁场切割转子导体的速度减小，转子导体中感应电势减小，转子导体中的电流也减小，于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通的影响的那部分电流也减小，所以定子电流就从大到小，直到正常。

随着启动电流增大，损耗增大，即定子端电压下降。

空载电流：不为0，一般是额定电流的1/3。

对永磁同步电机的仿真分析（举例）分析电机在启动时，启动电流达到额定值的3倍，至0.03S稳定。

起初负载转矩给定3N*m,至0.1S时负载转矩给定为1N*m,定子电流的波形对于变小，电磁转矩与负载转矩平衡，使得电机稳定运行。

转速刚启动瞬间为0，但大约经过0.02S后电机转速达到给定值，当0.1S时负载突然减小，转速有短暂的上升，立刻回到给定值，转速比较稳定，达到理想。

电机启动时，电磁转矩启动时较大，至0.03S后电磁转矩达到3N*m,0.1S时负载转矩发生变化，即电磁转矩也相应的发生变化。

电机空载运行时，空载电流的幅值大约是额定值的1/3，绝对不为0，平均值为0,相应的三相静止定子电流为120度，两相静止坐标互差90度，空载情况下，0.2S之前空载，其输出的两相静止坐标近似为0 ，但肯定不是0，由于采用id=0控制，即直轴电流一直是0，而转矩电流iq在控制是电流几乎为0，加负载后，值增加。

弱磁控制解决方案一d、q轴数学模型d-q轴系下表贴式同步电机电子方程为：式中: 和分别为直轴和交轴同步电感，为定子相电阻，为转子的电角速度，为转子永磁体产生的励磁磁场的基波磁链。

电机高速稳定运行时，忽略定子压降，电压方程可以改写为，。

电动机定子电压大小为√,将上述等式带入得到√。

根据定子绕组电压公式，当电机定子电压达到逆变器输出的极限电压时，为了使得转速升高，只能通过增加去磁电流分量和减小交轴电流分量，以维持电压平衡，达到弱磁调速目的。

二安全限制问题在弱磁高性能调速时，不同工作区域内，由于控制规律不同，为了获得较好的控制效果，通常会选择不同的电流、电压矢量轨迹或者转矩矢量轨迹。

2.1 电压极限轨迹受逆变器输出电压的限制，电机运行稳定时，电压矢量幅值为：，又√，那么得到⁄。

其中为逆变器两端的最大限制电压，当d、q两轴的电感相等时，电压极限轨迹是一个圆形曲线；否则，电压极限轨迹是一个椭圆曲线。

2.2 电流极限轨迹受逆变器输出电流和电机本身额定电流的限制，PMSM稳定运行时，电流矢量幅值方程为：。

根据电流、电压极限方程得到轨迹图形为电动机稳定运行时，定子电流矢量既不能超过电压极限圆也不能超过电流极限圆。

如果1时，电流矢量的范围限制在ABCDEF中。

三弱磁控制3.1 弱磁控制方案一*主要控制流程：电机控制进入弱磁控制模式后，保持电流矢量大小不变，通过调节超前角β大小，调节d、q两轴电流、，通过反馈调节确定电压极限圆限制。

通过反馈结果确定超前角β变化趋势。

弱磁控制主要面临的问题1 进入弱磁控制状态，退出弱磁控制状态。

通常进入弱磁控制状态是电压或电流的调节达到了逆变器的饱和度。

以id=0的控制模式为例，调节q轴电流，确保定子两端电压值不超过Vmax。

当q轴电流达到设定的值，如果需要继续增加电机转速只能通过弱磁调节（保持电机硬件参数不变）。

首先保证电子两端电流大小i s不变，通过调节d、q两轴电流实现调节。

2 调节d、q两轴电流值调节d、q两轴电流过程中应该保证有效电流大小i s恒定，满足关系式为i s√i d i q。

98 位置传感器脉冲格中 A 脉冲国电机工程学报 U相第 31 卷格 V相 B 脉冲格格传统控制方法图 10 Fig.10 电机满载、额定转速下的相电流波形 A 脉冲位置传感器脉冲格 Phase current under rated speed and full power U相 B 脉冲格格 V相(b 采用 MTPA 法 t (1格图8 Fig. 8 低速下位置传感器脉冲输出图图 11 两倍额定转速下的相电流波形格相电流格格转速格相电流和转速波形 t格图 12 F格从零启动到最大转速时的相电流波形 Phase current when speed rise from zero to max speed 5 结论本文提出了一种感应电动机转子磁场定向时的弱磁控制算法，该算法有如下特点：格）不需采样直流母线电压，不需要查表，通过对零电压矢量的作用时间的积分来进行弱磁运算，充分利用了逆变器的输出能力，是一种适应能力较强的算法；(b iq 和 id 波形图9 Fig. 9 突加/突减转速时的响应过程 Response to speed step up and down 2）除了感应电动机的漏感系数外，不需要知道电机的其它参数，因此算法对参数的依赖性小；图 12 为从零启动到最高转速过程中的相电流波形，可以看到启动时间约为，满足实际应用的要求。

3）采用 MTPA 算法可以提高感应电动机的低速稳态性能。

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