永磁同步电机弱磁调速

1.论述永磁电机相对于传统电励磁电机的优缺点优点：①取消了励磁系统，降低了损耗，提高了效率；②取消了励磁绕组和励磁电源，结构简单，运行可靠；③稀土永磁电机结构紧凑，体积小，重量轻；④电机的尺寸和形状灵活多变；⑤微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低。

缺点：①控制问题由于永磁电机是靠永磁体建立机电能量转换所需，气隙磁场永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。

永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数，永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。

②不可逆退磁问题如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。

③成本问题铁氧体永磁电机，特别是微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低，因而得到了极为广泛的应用。

由于稀土永磁目前价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。

2.画出永磁材料的特性曲线，并列出其主要参数永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。

我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。

永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ, jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度( Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。

永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。

此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。

磁能积曲线(BH)max 退磁曲线上任何一点的B和H的乘积即Bm、 Hm和（BH）代表了磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量，由于这项能量等于磁铁Bm与Hm的乘积，因此称为磁能积，磁能积随B而变化的关系曲线称为磁能曲线，其中一点对应的Bd和Hd的乘积有最大值，称为最大磁能积。

反凸极永磁同步电机弱磁特性分析摘要：高速旋转运作电动机可以采用相对较小的直轴弱磁电流量来消弱磁密磁通，完成弱磁提速，合理扩大电动机的弱磁范畴。

创建新式反凸极永磁同步电机的复励轴等效电路实体模型，剖析新式反凸极永磁同步电机磁感应转距特点和弱磁特性，基础理论剖析结果与模拟仿真测算剖析结果相符合，认证了反凸极永磁同步电机弱磁的高效性和可行性分析。

关键词：反凸极永磁同步电机弱磁特性直轴和交轴电感调整铁心引言永磁同步电机具备高效能和高功率等优势，在新能源汽车和数控车床等行业已得到普遍的研究和运用。

由于永磁同步电机选用永磁体励磁，导致励磁调整器电磁场没法调整。

所以电动机在基速以上区域运作时，就必须开展弱磁控制才可以扩宽转速比范畴。

理想化的弱磁标准是直轴电感器与负向的弱磁电流量相乘，正好抵消永磁材料形成的磁通。

完成弱磁关键选用两种方式，一是扩大负性的直轴弱磁电流量，二是提升直轴电感器，但增大负向直轴弱磁电流会增加铜耗，还有可能引起不可逆退磁。

增大直轴电感又受到电机结构的限制，因为内置式永磁同步电机转子中永磁体始终放置于直轴位置，无法获得较大数值的直轴电感。

这就是永磁同步电机弱磁困难的原因。

1 反凸极永磁同步电机结构1.1 反凸极永磁同步电机结构反凸极永磁同步电机的电机转子构造如下图1所显示。

反凸极永磁同步电机由电机定子、电机转子和磁密组成。

电机定子与一般永磁同步电机定子同样。

电机转子由铁芯、永磁材料和气体槽构成。

其中铁芯包含调整铁芯和磁轭铁心两一部分。

调整铁芯外表层沿圆上方位由2p个弧形段和2p个平行线段组成。

永磁材料分为多个小段，每邻近两小段永磁材料之间产生磁桥。

永磁材料可选用同样规格的钕铁硼磁铁，也可选用不一样型号规格，使永磁材料1、永磁体2和永磁材料3的剩下磁通密度先后下降来改进磁密电磁场波型及其提升永磁材料的使用率。

凸极永磁同步电机的直轴和交轴等效电路实体模型各自长为2和图3所显示图2中，Fd、Fq各自为直轴磁动势、交轴磁动势，Rpm、Rδ、Rt、Rj分别为永磁材料磁电式、磁密磁电式、齿部磁阻和轭部磁电式。

Feb. 2021Vdl.2& No.22021年2月 第28卷第2期控制工程Control Engineering of China文章编号：1671・7848(2021)02・0327・08DOI: 10.14107/j .cnki.kzgc.20190341永磁同步电机单电流调节器弱磁控制策略优化石讯1,易映萍 >,石伟2(1.上海理工大学机械工程学院，上海200093； 2.许继集团有限公司，河南许昌461000)摘要：针对电压角度法单电流调节器弱磁控制策略带来的内环稳定性下降问题，采用小 信号模型法推导了使用该控制策略时电机的传递函数，证明了控制系统本质上是一个非最 小相位系统。

针对使用该控制竟略时内置式电机参数特性导致的开环极点接近虚轴的问题，提出采用PD 控制器前馈补偿策略。

针对电机弱磁控制过程中极点改变导致传统PID 控制器参数整定不合理的问题，基于内模控制原理，提出采用变参数PID 控制器的弱磁控制罠略。

仿真与实验结果表明，所提出的方法可以有效提高使用电压角度法单电流调节器 弱磁控制罠略时电流内环的稳定性。

关键词：永磁同步电机；单电流调节器弱磁控制策略；电压角度法；非最小相位系统；变 参数PID 控制中图分类号：TP29文献标识码：AOptimization of Single Current Regulator Flux-weakening Control Strategy forPermanent Magnet Synchronous MotorSHIXun 1, YI Ying-ping 1, SHI Wei 2(1. School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2. XJ Group Corporation, Xuchang 461000, China)Abstract: Aiming at the problem of decreased stability of the inner loop caused by the voltage angle methodsingle current regulator flux-weakening control strategy, the small signal model method is used to derive thetransfer function of the motor when the control strategy is used, which proves that the control system isessentially a non-minimum phase system. Aiming at the problem that the open-loop pole is close to the virtualaxis caused by the interior motor parameter characteristics when using this control strategy, a PD controllerfeedforward compensation strategy is proposed. Aiming at the problem that the parameter setting of thetraditional PID controller is unreasonable due to the pole change in the motor flux-weakening control process,based on the principle of internal model control, a flux-weakening control strategy using variable parameterPID controller is proposed. Simulation and experimental results show that the proposed method can efifectivelyimprove the stability of the current inner loop when the voltage angle method is used for single currentregulator flux-weakening control strategy.Key words: PMSM; single current regulator flux-weakening control strategy; voltage angle method;non-minimum phase system; variable parameter PID control1引言由于转子永磁体安装位置的不同，内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronousmotor, EPMSM)相对于表贴式永磁同步电机具有更加稳定的转子机械结构。

DOI ：10．19392/j．cnki．1671－7341．201920174永磁同步电机弱磁调速的研究睢丙东韩伟河北科技大学河北石家庄050000摘要：永磁同步电机弱磁调速是现代电机研究的热点之一，解释永磁同步电机传统的弱磁控制原理，研究分析传统弱磁调速的主要缺陷及限制调速范围的因素。

阐述弱磁调速的研究现状以及总结研究的新动向。

关键词：永磁同步电机；弱磁调速；调速范围现代永磁同步电机因为具有高转矩密度、高效率、较为优秀的低速驱动性能以及较宽的调速范围，已经被广泛的应用于电动汽车的驱驱动中。

永磁同步电机调速系统大多由直流电源、逆变器、控制器和电机组成。

但是永磁同步电机励磁所采用的稀土永磁体，磁场不能被调节，因而需要采用弱磁控制的方法来提高转速。

当电机输出功率一定，在低转速时扭矩的提高必然带来额定转速的降低，此时需要弱磁调速控制，如果保持最高转速且稳定，则弱磁调速的范围也随之提高。

因此对弱磁调速能力的研究对提升整个永磁同步电机控制系统的性能有着重要意义。

1弱磁调速的基本原理永磁同步电机弱磁控制原理在于对它励直流电动机的弱磁控制。

由于PMSM 的转子是永磁体，无法通过控制励磁电流的方法去实现弱磁控制，通过电流所产生的励磁来抵消永磁体的磁通方向从而实现弱磁控制。

当转矩恒定且电机稳定运行时，忽略定子电子Ｒs ，定子电压峰值表示为：|u s |=ωr |ψs |=ωr （ψf +L d i d ）2+（L d i d ）槡2（1）式中u s 为最大电压、ψs 为定子磁链。

根据（1）式可知，当|ψs |稳定时，电机的转子转速ωr 和定子电压成正比，且由于最大电压值|ψs |的约束，转速ωr 受到限制，电机会达到最大转速为ωn ，称其为转折速度。

当需要拓宽调速范围时，就需要使用弱磁控制的方法。

如下图为电机的转子永磁励磁结构。

电机转子结构图一般去磁作用有两种方法：1增加直流去磁电流分量；2减小交轴电流分量，可以维持电机的电压平衡关系。

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。

(一) PMSM 的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。

永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。

在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。

为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设：1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的；2) 不考虑涡流和磁滞损耗；3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波；4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件；5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。

永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下：(l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ⎧=+-⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。

若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。

cos sin 22cos()sin()3322cos()sin()33a d b q c u u u u u θθθπθπθπθπ⎛⎫ ⎪-⎛⎫⎪⎛⎫ ⎪⎪=--- ⎪ ⎪⎪⎝⎭ ⎪⎪⎝⎭ ⎪+-+⎝⎭(2)d/q 轴磁链方程： d d d f q q qL i L i ψψψ=+⎧⎪⎨=⎪⎩ 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项倍。

何为弱磁调速
1、在直流电机理论中，改变直流电机转速的方法有：改变电枢电压调速，减小电枢电阻、减弱主极磁通Φ调速；
2、在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速；
3、变频器对异步电机调速时，一旦进入弱磁调速，变频器输出电压不再改变，一般为电机额定电压。

而电机电流增大，超过额定电流，速度增大时电磁转矩减小，电机功率为恒功率，所以有人把弱磁调速又叫做恒功率调速。

弱磁调速的目的与方法
1、在额定转速以上，为了不产生过流或过载；
2、电机在弱磁调速运行时，只有保证转矩M与转速n成反比，即恒功率P运行，电流才基本不变保持额定电流；
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I 不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变。

弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流何为弱磁调速
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I 不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变。

弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流。

基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱磁调速研究王杰;谢源;谢涛【摘要】The actual operating conditions of electric vehicles were complicated,and the speed range and torque requirements of PMSM were higher.In order to improve the speed range of the built-in permanent magnet synchronous motor,the voltage closed-loop feedback field weakening control method was studied and realized.The method used the voltage utilization as a reference to construct the voltage loop,and the weak feedback was calculated by the voltage feedback signal and the command signal.Current id reference value,thus realizing the permanent magnet synchronous motor weak flux expansion.The simulation model of the field weakening control system of the built-in permanent magnet synchronous motor was established on the MATLAB/Simulink platform.The simulation results showed that the system had a wide speed range and the interval was smooth and had good response characteristics.%电动汽车对电机的调速范围要求较高,需要宽调速的控制技术.为扩大永磁同步电动机(PMSM)的调速范围,研究并实现了电压闭环反馈弱磁控制方法.该方法将电压利用率作为参考值构建电压环,通过电压反馈信号和给定指令信号计算弱磁电流的参考值idref,从而有效提高PMSM的弱磁扩速.利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了表贴式PMSM弱磁控制系统.仿真结果表明系统有较宽的调速范围,而且区间转换平稳,具有良好的响应特性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】6页(P27-32)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;电压闭环反馈【作者】王杰;谢源;谢涛【作者单位】上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言永磁同步电机( Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻、转动惯量小、高效率和控制性能好等优点，大量应用于工业生产、日常生活、航空航天、军事设施等领域，具有非常诱人的前景，PMSM更加适用于高精度的伺服控制系统。

永磁同步电机控制系统带过调制的弱磁控制策略研究涂群章;林加堃;曾繁琦;邹世超;陆影【摘要】永磁同步电机控制系统在实际应用中,复杂多变的工况对电机的响应需求是不同的.为了拓宽电机控制系统的调速范围,且满足系统对转矩响应能力和大转矩输出特性的要求,在弱磁控制策略的基础上引入过调制方法,将其应用于永磁同步电机控制系统,并进行仿真和实验研究.结果表明,相比于无过调制的弱磁控制策略,带过调制的弱磁控制策略能使系统在调速过程中充分利用直流母线电压,从而提高了转矩响应和大转矩输出能力,缩短了转速响应时间,同时电机的工作效率符合应用要求.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】8页(P953-960)【关键词】兵器科学与技术;永磁同步电机;控制系统;弱磁控制;过调制【作者】涂群章;林加堃;曾繁琦;邹世超;陆影【作者单位】解放军理工大学野战工程学院,江苏南京 210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京 210007;军事交通学院军用车辆系,天津 300161;海拉(厦门)电气有限责任公司,福建厦门 361100;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TM301.2永磁同步电机（PMSM）的励磁由永磁体提供，没有励磁损耗，因此，与一般电机相比，PMSM具有更高的功率密度和效率，从世界电传动研究情况以及电机发展水平来看［1］，PMSM是军用电传动履带推土机的最佳选择。

军用履带推土机由于要求具备良好的机动性，因而需要尽量扩大其驱动电机的调速区间；在推土作业工况下则要求电机控制系统具有快速准确的转矩响应，在爬坡、突然加减速和深度挖掘时还应具有高效的大转矩输出特性。

为了拓宽电机调速范围，PMSM可采用弱磁控制策略。

对电机进行弱磁控制时，由于电压接近饱和［2］，电机的转矩响应能力会弱化。

因此为了进一步提高直流电压利用率，人们在调制方法和过调制方法方面都进行了相关研究，在正弦波脉宽调制（SPWM）参考电压中加入3次谐波可提高电压利用率和消除特定次数谐波的离线脉宽调制方法［3］等都是在调制方法方面的改进，过调制方法则是在1991年Kerkman等提出逆变器增益的概念后开始得到了深入研究［4-7］。

内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制闫娜云;宗剑【摘要】从永磁同步电机(PMSM)的矢量控制出发,提出了一种PMSM弱磁优化控制方法.内置式永磁同步电机(IPMSM)相对表贴式永磁同步电机弱磁能力强,调速范围宽,以IPMSM为对象,对弱磁调速进行了仿真与优化.PMSM在基速以下采用最大转矩电流比的恒转矩控制,减小了电机损耗,提高了逆变器的效率,在基速以上采用恒功率调速.直轴电流去磁调速结合交轴电流去磁调速的弱磁控制方式,提高了PMSM的功率因数,扩展了调速范围.针对弱磁环节转速的波动问题,在传统PI控制上做出改进,提出了模糊自整定PI的控制方式,提高了PMSM弱磁调速的性能.在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了该控制方法的可行性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)010【总页数】5页(P24-28)【关键词】永磁同步电机;矢量控制;弱磁调速;模糊自整定PI【作者】闫娜云;宗剑【作者单位】上海应用技术大学电气与电子工程学院,上海201418;上海应用技术大学电气与电子工程学院,上海201418【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)作为一种高效的驱动系统，在电动汽车行业得到广泛应用。

钕铁硼等剩磁高、矫顽力大的稀土永磁材料的使用提高了PMSM的各项性能，促进了PMSM的发展[1]。

PMSM具有功率密度高、损耗小、效率高、转矩惯量大、振动噪声小等优点，受到国内外电动汽车界的高度重视，成为最具竞争力的电动车电驱动系统中的主流电机。

由于永磁体磁链恒定的限制，PMSM的弱磁调速比其他电机复杂，此外电动汽车用PMSM要求在恒转矩区具有输出恒定转矩的特点，能够平稳、快速地跟踪输入指令，并且要求对位置、转矩脉动等因素的控制精度高，保证电动汽车的启动和爬坡等功能；在恒功率区，要求具备很宽的速度范围，保证电动汽车的加速等功能[2]。

永磁同步电机弱磁控制方法摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。

永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求，对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。

本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。

基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id 补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。

关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机；矢量控制The Field Weakening Control Strategy of Permanent MagnetSynchronous MotorAbstract: PMSM because of its high power density, high reliability and high efficiency characteristics, at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range . And because of its salient pole effect, it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper, the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method, gradient descent method, current angle method, single current regulator method that is used commonly at present, analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects .Key words: PMSM; the field weaking control; IPMSM;FOC1引言永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用[1, 2]。

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。

永磁同步电机弱磁控制策略研究摘要在飞速发展的生产力水平下，各类科学技术在不断发展更新。

在实体制造业上，对于永磁同步电机的需求越来越广泛，继而推动着对它的深入研究，其中控制策略以及方法的研究仍是重中之重，弱磁控制便是其中的一个方面。

本文即是对弱磁控制策略加以理论研究。

关键词永磁同步电机；反馈；弱磁控制引言20世纪中后期，钕铁硼等其他性能更高的永磁材料问世，以及电力半导体器件的更新，微处理器技术的优化提升，各国学者及技术人员对永磁同步电机的研究热情愈发强烈，使之应用领域愈发的宽广。

然而，当电机运行时，其转速在逐步上升的同时，永磁同步电机本身的反电动势也会随着转速的增加而增加，继而会突破逆变器的最大限额值，这时候，如果转速进一步加大，永磁同步电机里的定子电流则会出现反方向流动，这种情况是不被允许的。

因此则需要采用弱磁控制算法，通过减弱电机的磁场，来达到永磁同步电机的正常运作。

1 弱磁控制研究现状九十年代中后期，随着弱磁控制理论技术的愈发完善，在永磁同步电机的应用发展研究上，人们研究的方向主要集中在两个方面：一是应用现代科技构造出全新的控制理念以及全新控制算法策略，二是对已存在的控制算法理念进行技术改进[1]。

1.1 本身结构设计在永磁同步电机内部，对于是永磁体的电机转子，其结构多样化，复杂化。

产生的磁路结构相对比较特殊，这大大削弱了弱磁控制的性能。

因此，学者们便以永磁同步电机的内的磁路为研究出发点，来系统改进优化电机的本体设计。

如在永磁同步电机的定子的外壳以及铁芯上安装一个特殊的循环水道，这样的目的是提高电机的散热速率，进提高永磁同步电机的弱磁调速范围。

1.2 电机控制策略方面主要从两个方向进行深入研究：一个是经典弱磁控制策略，另一个则是智能控制策略。

其中经典的控制策略由以下几个主要策略构成，分别是弱磁控制策略（混合型），前馈式控制策略（开环），以及反馈式控制策略（闭环）。

智能控制策略则包括神经网络控制策略、滑模控制策略、模糊控制策略以及遗传控制策略等。