永磁同步电机弱磁控制原理

永磁同步电机转子磁障原理
永磁同步电机转子磁障原理如下：
永磁同步电机（PMSM）的转子磁障原理主要涉及永磁体在转子铁芯中的位置和极靴保护。

根据永磁体在转子铁芯中的位置，可以分为表面式和内置式PMSM。

表面式PMSM的永磁体直接暴露在气隙磁场中，容易退磁，弱磁
能力受到限制。

而内置式PMSM的永磁体埋于转子铁芯内部，表面与气隙
之间有铁磁物质的极靴保护，这使得永磁体受到极靴的保护。

在内置式PMSM中，转子磁路结构包括径向式、切向式和混合式。

径向式
转子磁路适用于高速运行场合，有效气隙较小，d轴和q轴的电枢反应电抗较大，从而存在较大的弱磁升速空间。

切向式的IPM的转子磁路结构中，
相邻两个磁极并联提供一个极距下的磁通。

此外，按照永磁体安装形式分类，可分为凸极式（SPM）和嵌入式（IPM）。

凸极式转子是将永磁体安装在转子轴的表面，产生的气隙磁密接近于正弦波，所以电机有良好的动态性能。

嵌入式转子则是将永磁铁嵌入到转子轴的内部，能够产生磁阻转矩，在控制中，可以灵活的利用磁阻转矩提高电机的动态性能。

总之，永磁同步电机转子磁障原理主要涉及永磁体的位置、极靴保护以及凸极式和嵌入式安装形式等方面。

这些因素共同作用，使得电机具有良好的动态性能和效率。

如需了解更多信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关技术手册。

P D F 文件
用 使
" p d f F a c t 试 o r 用 y 本创 P r 建 版 "
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不能超出电流极限圆， 一定要在电压极限椭圆和电流极限圆内。 如 ω = ω 0 时， 电流矢量 i s 的 范围被限制在阴影区域内。
iq
转速增加
B A
A
电流极限圆
ω1
(1-8)
弱磁控制式为满足式(1-7)，如图 1-3 所示，通过控制 id 可使逆变器输出功率不变，将电 动机运行范围扩大到高速区域。但在上述两种控制方案中，当电动机转速达到较高转速时， 电机反电势增大， 都将会导致定子端电压大于母线电压， 迫使定子电流跟踪其指令值所需的 电压差减小至 0（甚至为负） ，此时逆变器的 dq 轴电流控制器都会开始饱和，此时 dq 轴电 流控制器输出均是其限幅值从而失去控制，没有达到弱磁控制的目的。因此在实际应用中， PMSM 的弱磁控制主要是在满足电压极限椭圆和电流极限圆的基础上，调整 id 、 iq ，控制 电流矢量轨迹，避免电流调节器饱和，从而使 PMSM 由恒转矩调速平稳、快速地过渡到弱 磁工作模式。
ω2
id
电压极 限椭圆
图 1-1 电压极限椭圆与电流极限圆
1.2. 永磁同步电动机弱磁控制方法理论分析
由式 1-1 可以看出，当电动机电压达到逆变器输出电压的极限时，即 u s＝u lim ，如果要 继续升高转速则只能靠调节 id 和 iq 来实现，这就是电动机的“弱磁”运行方式。增加直轴 去磁电流分量 id 和减小交轴电流分量 iq ，以维持电压平衡，从而得到弱磁效果。但是为确 保相电流不超过极限值，应保证弱磁控制时增加 id 的同时必须相应减小 iq 。 下面以隐极电机（ Ld = Lq ）为例分析 PMSM 的弱磁控制过程。 为了解这一过程，先参照图 1-2 了解什么是最大转矩/电流控制。

永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究摘要永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。

基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。

本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。

关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机一、永磁同步电机弱磁控制研究现状1．永磁同步电机及其控制技术的发展任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。

直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。

因此，交流电机的转矩控制性能不佳。

经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。

1．1 矢量控制1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。

矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。

1．2 恒压频比控制恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。

但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。

要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。

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。

1.1 永磁同步电机简介
由于高性能电机控制理论和电力电子技术以及微机控制技术的迅速发展，永磁 (PM)电机以其高效性，高转矩惯量比，高能量密度而得到了更多关注。 PM电机通常分为两类： 永磁无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。 BLDC 通常具有梯形波反电势波形，如图1.1b)。梯形波反电势由定子集中绕组和方波充磁的 表面磁铁产生。其转子位置的测量可以非常方便地利用反电势的测量得到，控制方式 简单。但存在转矩脉动,换相间存在冲击电流，一般不太适用于高性能驱动。
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ωr
+
ωf
−
PI
Tr
+
dT −
Hystersis controller
ψf
32
4
56
1
ia
ib
Tf
ψf
1
Ψ, T
Controller
VDC ia ib
s
encoder
PMSM
（c） 直接转矩控制器 图 1.3 PMSM 的主要控制方法 1.2.1 VVVF 控制 VVVF控制策略的控制变量为电机的外部变量，即电压和频率。控制系统将参考 电压和频率输入到实现VVVF的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施 加在电机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。逆变器所用的调制方 式为脉冲宽度调制(PWM)。PWM可以有多种不同的实现方式，如空间矢量调制 (SVPWM)。PMSM的VVVF控制方框图如图1.3(a)所示。 这种控制方法无需从电机引入任何速度、位置或电压、电流反馈信号，属于开环 控制。这种控制系统易于实现且价格低廉。由于系统中不引入速度、位置或其它任何 反馈信号，因此不能即时捕捉电机状态，无法对电机进行精确的电磁转矩控制。由于 仅使用一个调节器实现对输入电压和磁链的调制，将导致输入电压、频率信号和电机 最终的转矩、速度反应之间的通讯速度降低，使电机的响应变慢。这种驱动系统仅适 用于风机、水泵之类无需精确控制的场合。 1.2.2 磁场定向矢量控制 Blaschke在1971年发表了第一篇有关异步电机(IM)的矢量控制(VC)的方法，之后 该方法被应用于PMSM中。这种控制方法目前已经全面发展并在工业上被认为是较成

图 6 普通弱磁区域电流矢量轨迹（圆心在内） 3.3 最大功率输出区域 如图 7 所示，永磁同步电机的电压极限椭圆中心 M 在电流 极限圆的内部时，最大功率输出轨迹与电流极限圆必有交点 B， 随着转速的升高，电流矢量从 A 点变化到 B 点后将沿着最大功 率输出轨迹变化，直至椭圆中心 M 点。M 点为电机在该区域的极 限运行点，此时在理想状态下永磁体的磁链被完全抵消，电机的 转速能够达到无限大。
图 1 永磁同步电机 dq 轴坐标系模型 将电流矢量在 dq 轴系下进行分解，其中 d 轴电流的作用是 影响定子磁链。当永磁同步电机工作电压达到极限后，使 d 轴电 流变为负值，对永磁体励磁磁场产生削弱作用，从而减小电压矢 量幅值，使得电机转速可以继续上升，所以将这一过程称为弱磁 控制[2]。 2 电压极限椭圆和电流极限圆 受永磁同步电机逆变器容量的限制，定子电压和相电流不 能无限制增大，即可得到电机在运行过程中电压和电流的约束 条件[3-4]。 将三相静止坐标系中的电压方程通过坐标变换矩阵可以得
（3）
Hale Waihona Puke 蓘 蓡 （Lqiq）2 +（ψf+Ldid）2≤
ulim ωr
2
在 dq 轴系的电流平面内电流矢量满足条件：
（4）
i2s=i2d+i2q≤i2lim
（5）
通过分析可以发现，对于凸极式永磁同步电机，dq 轴电感之
比 Lq/Ld 一般大于 1，电流极限方程（5）在 dq 轴系内是一个以坐
标原点 O 为圆心的圆，电压极限方程（4）表示为一个椭圆，该椭
关键词：永磁同步电机；弱磁控制；约束条件；运行区域
永磁同步电机弱磁控制理论研究
衢州职业技术学院机电工程学院 郑丽辉 方晓汾

关 键 词 ： 磁 同 步 电机 ：最 大 转 矩 电流 比 ；弱 磁 控 制 永
中 图 分 类 号 ：Ｍ３ １ Ｔ ５ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １ ０ ２ １） ３ ０ ４ － ４ １０ — ０ Ｘ（０ １０ — ０４ ０
Ｃｕｒ ｅ ｔ Ｌｅ ｄ Ａｎｇ ｅ Ｆｌ ｗｅ ｋ ｎ ｎｇ Ｃｏ ｔ ｏ ｆ Ｉ ｒ ｎ ａ ｌ ｕｘ－ ａ ｅ ｉ ｎ ｒ ｌｏ ＰＭ Ｓ ｉ ｅ ｓ Ｍ Ｄｒ ｖ ｒ
参 数 漂 移 影 响 较 大 ， 以对 参 数 变 化 进 行 补 偿 ｌ。 难 ２ Ｊ 由 Ｓ ｉｅ ｒ ｔ ｈｇ ｏ Ｍｏｉ ｏ等 人 提 出 了 一 种 电 流 调 节 器 ｍｏ
获得较满意的控制效果。 是 ， 但 电机 由最 大 转 矩 电
流 比调速 过 渡 到 弱 磁 调 速 时 ．电流 轨 迹 变 化 不 平 滑 ， 电流 响 应滞 后 ， 响 了系 统控 制 的准 确性 。 ｑ轴 影 为 使 Ｉ ＭＳ 更 为 稳 定 快 速 的 过 渡 到 弱 磁 控 Ｐ Ｍ
研 究 方 向 为 电 力 电 子 与 电 力传 动 。 ４ ４
一
种 新 的 内 置 式 永 磁 同 步 电机 弱 磁 控 制 方 法
Ｕ＝ 一ｉｇ ， ｕ＝ ｉ ｗ ｕ ｄ Ｒ ｏ ｉ ｑＲ￣＋ Ｌｉ Ｌｇ ｑ
（） １
图 ３示 出定 子 电 流 矢 量 轨 迹 。 当 电机 要 求 输 出最 大 转 矩 ， 图 ３中 点 转 矩 时 ， 立 －＝ｄ 即 联 岫 ｉ＋ ２ ２ ｉ 式 （ ） 得 电机 采 用 最 大 转 矩 电流 比控 制 且 与 ６可 最 大 转 矩 运 行 时 的直 、 轴 电流 ： 交
， ＇ ＇
后转速无法上升 ． 为获得较 宽的调速范围 ， 在基速

• 永磁同步电机控制方式
（1）开环控制：u/f恒定
（2）闭环控制：

矢量控制 （70年代） 直接转矩控制（80年代）
PMSM电机的FOC控制策略
1、工作原理 定子电流经过坐标变换后转化为两相 旋转坐标系上的电流 ids 和 iqs，从而 调节转矩 Te和实现弱磁控制。 FOC中需要测量的量为：定子电流、 转子位置角
• 转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构
• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 （1）表面贴装式（SM-PMSM）
直交轴电感Ld和Lq相同 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
定子电流矢量轨迹和电机功率输出
分析
表贴式&内嵌式（空载）
表贴式&嵌入式（加载）
恒转矩轨迹
弱磁控制系统框图
弱磁控制的固有影响因素
影响因素之凸极率
影响因素之弱磁系数
结论
需要注意的地方
1.电流需要控制好，不然永磁体有永久退磁的可能。 2.改变气隙磁链，转矩常数、常数和机电常数不再是常数，对应用 它们计算的控制量都要实时计算。 3.弱磁控制运行在转速极高的情况下，反电动势很大，电流调节器 有可能饱和，可利用的直流母线电压很小甚至为零。 4.为保证电机稳定运行在弱磁高速区，需要进一步控制输入电压逆 变器的电压。 5.相关的弱磁控制数据取决于电机运行时的电气特性，需要实时地 更改这些数据。 6…
PMSM电机的FOC控制策略
3、FOC控制方式

id 0 控制
定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与 永磁体磁场空间矢量正交，电机的输出转矩与定子电 流成正比。 其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好， 可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、 机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器 容量不能充分利用。

ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｌｕ ｆ ｘ — ｗｅ ａ ｋｅ ｎｉ ｎｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ． Ｆｒ ｏ ｍ ｔ ｈｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ，
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｑ ｕ ａ ｃ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｌ ｆ ｕ ｘ — ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｙ ｗａ ｙ ｏ ｆ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｉ ｅ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｒ ａ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｓ ｏ ｍｅ ｍｅ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ ｉ ｆ ｖ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ｌ ｆ ｕ ｘ — ｗ ｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｍ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｄ ｅ ａ ｓ
压时 ，为使 电机 能恒功率运行 于更高 的转速 ，应 降
低 电机 的励 磁 电流 ，以保 证 电压 的 平 衡 。如 图 １所 示 ，当永磁 同步 电机 的端 电压 低 子器件 的快速发展使得变频技术 日趋完 善 ，促进永磁同步 电动机和变频控制实现机 电一体 化 ，永磁 同步 电动机 驱动 系统 的优 势越 来 越 明显 Ｊ 。

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稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。

由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。

这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。

本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。

分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。

并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。

仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。

关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模目录目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc468719910" 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 PAGEREF _Toc468719910 \h 1HYPERLINK \l "_Toc468719911" 一、研究的问题 PAGEREF_Toc468719911 \h 4HYPERLINK \l "_Toc468719912" 二、研究方法 PAGEREF_Toc468719912 \h 5HYPERLINK \l "_Toc468719913" 2.1 永磁电机的数学模型 PAGEREF _Toc468719913 \h 5HYPERLINK \l "_Toc468719914" 2.2弱磁调速原理 PAGEREF_Toc468719914 \h 6HYPERLINK \l "_Toc468719915" 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 PAGEREF _Toc468719915 \h 7HYPERLINK \l "_Toc468719916" 2.4 仿真结果 PAGEREF_Toc468719916 \h 11HYPERLINK \l "_Toc468719917" 三、解决效果 PAGEREF_Toc468719917 \h 12HYPERLINK \l "_Toc468719918" 3.1 结论 PAGEREF_Toc468719918 \h 12HYPERLINK \l "_Toc468719919" 3.2感悟与体会 PAGEREF_Toc468719919 \h 12前言本次阅读文献报告的主要课题是研究对内置式永磁同步电机弱磁调速控制的研究，报告内容主要来自等，在写作过程中也参考了一些关于永磁同步电机弱磁调速控制方法设计以及弱磁性能研究等方面的资料现在从关注的问题、所用的研究方法及关注问题解决的效果三个方面来阐述报告内容。

4
永磁同步电机的控制原理
在D-Q坐标系中，IPM电机运行在第二 (电动状态)和第三象限(发电状态)。
图中的红色轨迹即为MTPA(最大转矩 电流比)电流轨迹。
图中的黑色线为等转矩曲线。 图中的绿色圆圈为电流极限圆。
IPM电机的转矩功率曲线包括两个区域， 一个是恒转矩区，一个是恒功率区。
两个运行区域的拐点转速Wo称为基速 (base speed, corner speed, rated speed)
一般将F=Wmax/Wo定义电机的弱磁比， 用于评价电机的弱磁深度。
5
永磁同步电机的控制原理
绿色电流圆代表电机/控制器系统的最大运行交流电流 蓝色电压椭圆代表在固定直流母线电压但不同转速下的电压限制运行区间(IPM为椭
圆，SPM为圆形) 受限于电压条件和电流条件，电机在某个转速下，仅能运行在此转速下的电压椭圆
结果在MTPV曲线的左侧或右侧来决定单向PI产生的∆ 随着输
入偏差是增加还是减小，效果见右下图
Source: Lei Zhu 2010, < A New Deep Field-Weakening Strategy of IPM Machines Based on Single Current Regulator and Voltage Angle Control >
此基础上有各种变形，以及优化。 磁链闭环弱磁方法，在国内多个第一梯队的供应商中有使用，值得关注。 查表和电压闭环一般结合起来使用，弱磁动态性能和鲁棒性会更好。
16
3
永磁同步电机的控制原理
永磁同步电机的控制使用矢量控制。电流控制基于转子位置。 控制策略为闭环控制，反馈量为三相电流和电机转子位置。 电压调制方式一般采用SVPWM（空间矢量脉冲宽度调制）。 函数fd和fq是从转矩转化为Id和Iq指令的函数，遵照电机本身的MTPA（最大转矩电

第31卷第18期中国电机工程学报V ol.31 No.18 Jun.25, 20112011年6月25日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 67 文章编号：0258-8013 (2011) 18-0067-06 中图分类号：TM 351 文献标志码：A 学科分类号：470·40永磁同步电机弱磁失控机制及其应对策略研究朱磊，温旭辉，赵峰，孔亮(中国科学院电工研究所，北京市海淀区 100190)Control Policies to Prevent PMSMs From Losing Control Under Field-weakening OperationZHU Lei, WEN Xuhui, ZHAO Feng, KONG Liang(Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100190, China)ABSTRACT: Field-weakening technology is important for permanent magnet synchronous machine (PMSM) control in wide speed range applications. In deep field-weakening operation, saturation of current regulators may lead to losing control and even damages. This paper analyzed the reason why current saturation happens for conventional field-weakening algorithm. It is concluded that precise limitation of d-axis current is necessary to keep the system under control. New control algorithm is proposed to prevent losing control from happening. It is verified by experimental result that the speed range of PMSM is enhanced by the proposed field-weakening algorithm.KEY WORDS: permanent magnet synchronous machine (PMSM); field-weakening; losing control; voltage saturation; d-axis current limitation摘要：弱磁控制技术可以使永磁同步电机实现宽转速范围调速运行。

四、弱磁控制
系统运行在弱磁控制模式时，随着转速升高，电机输出功率恒定不变。只要 电流分控制在电压极限圆和电流极限圆的交集中，就可以形成一个恒定功率的调 速区域。这时 PMSM 的定子电流矢量将沿着电流极限圆向着 d 轴的负方向旋转。 运用不等式来表述恒功率弱磁的前提条件为：
E0、Xd分别是永磁同步电机的反电动势和直轴电抗。电机能够运行在极限大 的转速的条件是 Id=Ilim，也就是说最大去磁电流能够产生的去磁磁通在数值上等 于永磁磁通，可以表达为:
当 PMSM 的转速确定时，d 轴电流可以由下式计算，为
四、弱磁控制
联合下式到转速为
用逆变器输出的极限值来代替上式中的电流和电压量就可以的到理想状态下 的最高转速
谢谢！
二、PMSM的数学模型及FOC控制方式
PMSM的在d-q轴上的数学模型
二、PMSM的数学模型及FOC控制方式
坐标变换 Clark变换
iclark变换
Park变换 iPark变换
二、PMSM的数学模型及FOC控制方式
PMSM矢量控制方法（FOC） 原理 借助于坐标变换，将各变量从三相静止坐标系变 换到跟随转子同步旋转的两相旋转坐标系上，定子电流 矢量按d-q轴被分解id和iq（其中id为励磁电流分量，iq 为转矩电流分量），转矩方程（2）中，通过对id和iq 的控制可以达到控制转矩的目的。
MTPA控制在不影响输出转矩的前提下可以降低电机的铜耗，提高运行效率， 尤其是在汽车启动、加速以及爬坡时降低电驱动系统的实际容量。
三、最大转矩电流比MTPA控制
Id、Iq、Ia的关系为：
id Ia2 iq2
(1)
将式（1）带入扭矩公式，再将Te对iq求导，令导数等于零，可以得到：

表贴式永磁同步电机的超前角弱磁控制作者：吕德刚薛俊泉来源：《哈尔滨理工大学学报》2020年第06期摘要：以表贴式永磁同步电机（SPMSM）矢量控制为基础，研究并实现了超前角弱磁控制，扩大了调速范围。

在此基础上，采用一阶限幅低通滤波器对传统弱磁超前角进行滤波，消除弱磁后电机抖振现象。

将定子电压相量值作为输入量，经计算、滤波后，将d、q轴偏移角度作为输出量反馈到电流环，从而实现弱磁扩速。

仿真和实验证明，超前角弱磁控制能够扩大电机的调速范围，运行平稳，达到了扩速目的。

关键词：表贴式永磁同步电机;超前角;弱磁控制DOI：10.15938/j.jhust.2020.06.006中图分类号： TM351文献标志码： A文章编号： 1007-2683（2020）06-0040-06Flux Weakening Control of Leading Angle of Surface-mountedPermanent Magnet Synchronous MotorL De-gang， XUE Jun-quan（Key Lab of National and Local United Engineering for Electric and Heat Transfer Technology of Large Electrical Machine， Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080，China）Abstract：Based on the vector control of the surface-mounted permanent magnet synchronous motor （SPMSM）， the leading angle flux magnetic weakening control is realized and the speed adjustment range is expanded. On this basis， the first order limited-amplitude low pass filter is used to filter the traditional leading angle flux magnetic weakening control to eliminate the buffeting phenomenon of the motor. In this paper， the stator voltage phase value is taken as the input quantity. After calculation and filtering， the d and q axis migration angles are fed back to the current ring as the output quantity， so as to realize to expend the speed adjustment range. Simulation and experiment prove that the leading angle flux weakening control can expand the speed range of the motor and run smoothly， achieving the purpose of speed expansion.Keywords：stick type permanent magnet synchronous motor （SPMSM）; leading angle; flux weakening control0 引言永磁同步電机（PMSM）具有电机结构简单，体积小，重量轻及高功率密度、高效率等特点，被广泛用于高精度，高动态性能和大范围调速的场合。

永磁电机控制弱磁原理
永磁电机控制弱磁原理是指通过控制电机的电流和电压，使得永磁电机的磁场变得较弱，从而控制电机的转速和扭矩输出。

永磁电机的弱磁控制原理主要是通过减小电机的电流或者改变电机的励磁电压来减小磁场强度。

电机的运行状态可以由磁链方程描述，即转矩方程和电动势方程。

在弱磁控制情况下，电机的磁场较弱，导致电机的励磁电流和磁链减小，进而降低电机的转矩和输出功率。

通过调节电机的电流和电压，可以控制永磁电机的磁场强度。

当电机的电流或电压较小时，磁场强度也相应减小，从而使得电机的转矩和输出功率下降。

因此，在控制永磁电机的弱磁状态下，可以实现电机转速和扭矩的调节，满足不同的工作要求。

永磁电机控制弱磁原理的应用非常广泛。

在一些需要精确控制转速和扭矩的应用中，如机床、风力发电和电动车等，弱磁控制能够提供更高的控制精度和效率。

此外，通过控制弱磁还可以减小电机的噪音和振动，提高电机的稳定性和寿命。

电枢直轴弱磁电流
电枢直轴弱磁电流是指在永磁同步电机中，通过调节定子电流中的直轴分量（即直轴电枢反应产生的电流），来实现对转子磁场的削弱，从而达到提高电机运行速度的目的。

这种控制方式通常是在特定条件下，如母线电压和电机反电动势一定时，通过输出d轴负电流来实现的。

直轴电枢反应严重影响着直轴同步电感，同时交轴电流的变化也会影响交轴同步电感和永磁体产生的磁链。

在弱磁区所形成的去磁作用可能导致永磁体性能变坏。