永磁同步電機之矢量控制永磁同步電動機的功率特性及弱磁擴速能力分析

一、矢量控制調(diào)速永磁同步電動機的性能分析方法

由圖10一3可以看出，在不計各種損耗的前提下，電動機的電磁功率可表示為。為使分析更具普遍性對永磁同步電動機功率特性的分析采用標么值形式，功率及電角速度的基值分別定義為。

二、永磁同步電動機恒轉(zhuǎn)矩控制和普通弱磁控制時的功率特性

1．電壓和電流相量的變化軌跡

根據(jù)前述電流控制策略，永磁同步電動機在恒轉(zhuǎn)矩控制及普通弱磁控制方式下，電壓、電流相位月滿足。

( 1）在恒轉(zhuǎn)矩控制區(qū)，電流相量保持為oAi不變，其相角風可表示為。

( 2）在普通弱磁控制區(qū)，電流相量由oA；變化到oB 、，即幅值不變，相角由幾變到900 ;電壓相量幅值不變，但相位由a：開始根據(jù)弱磁率的不同而具有不同的變化規(guī)律。

1. 功率與電角速度之間的關(guān)系

( 1）當未迄1時，電機的最高轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速時的功率及最大功率僅決定于寧，與尸無關(guān)。因此，相同寧下，電機的功率特性曲線基本相同。凸極率僅對產(chǎn)生最大功率時的轉(zhuǎn)速值有影響，P增大時該轉(zhuǎn)速值降低，有利于提高電機的低速特性。但當奮較小時（即永磁磁鏈比直軸磁鏈大很多）, P對功率特性曲線影響很小，這是由于磁阻功率比永磁功率更決定于電機電流的大小。所以在普較小時，凸極率對電機的功率特性影響可忽略不計。同時可以看出，增大弱磁率寧后，不但線性增加了最大功率，而且增加了電機的最高轉(zhuǎn)速，在言一1時具有理想的最高轉(zhuǎn)速。因此擁有大的凸極率和弱磁率，且采用最大轉(zhuǎn)矩／電流比控制同普通弱磁控制相結(jié)合的電流控制策略，可使永磁同步電動機具有良好的功率特性。

( 2）當e > 1時，最高轉(zhuǎn)速隨寧的增大而降低，且電機在相同寧下的功率特性受凸極率影響；最大功率與電流不再是線性關(guān)系，增加電流（即增加勻并不能線性地增加電機的最大功率，功率的增加程度決定于P的大小。p一1時，電磁功率為。
三、永磁同步電動機最大輸入功率弱磁控制時的功率特性

為滿足特定負載的低速大轉(zhuǎn)矩要求，可以加大輸人電流使右＞1，但前述普通弱磁控制的調(diào)速性能差，不能滿足負載的高速要求。為此，可采取普通弱磁控制和最大輸入功率弱磁控制相結(jié)合的電流控制策略。

1．功率特性曲線

( 1 ) P一1時的功率特性曲線。通過分析可知，電流id～喲／Ld為最大輸人功率弱磁控制的起始直軸電流值（不計id的正負，下同），此時si胡一1／寧，普通弱磁控制時產(chǎn)生最大功率。也就是說，當P一1時，電機最大輸人功率弱磁控制是從普通弱磁控制至最大功率時開始的。在最大輸人功率弱磁控制過程中，電磁功率可表示為。

( 2）P#1時的功率特性曲線。當P#1時，最大輸人功率弱磁控制運行的最高轉(zhuǎn)速也趨于無窮，忽略定子繞組電阻時，有。

2.電壓電流相量軌跡

3．最大輸人功率弱磁控制的等效電流控制策略

從最大輸入功率弱磁控制的電流控制策略可以看出，永磁同步電動機的最大輸入功率弱磁控制是電機電流逐漸減少的控制，電流的計算極為復(fù)雜，在實際應(yīng)用中難以實現(xiàn)，因此采用等效電流控制策略。在等效電流控制策略中，將最大輸人功率弱磁控制轉(zhuǎn)化為弱磁率逐漸減低的普通弱磁控制，避免了電流的復(fù)雜計算。圖1 。一11為凸極率為3時，弱磁率由3降為2，然后降為1的等效電流控制策略，圖中同時給出了最大輸人功率弱磁控制?？梢钥闯?，如果細化弱磁率的降低速度，等效電流控制策略可以很好地模擬最大輸人功率弱磁控制。