弱磁控制

永磁同步电动机弱磁控制丁亮霍尔传感器定子绕组转子磁铁•实物结构图PMSM和BLDC电机的结构•定子定子绕组一般制成多相（三、四、五相不等），通常为三相绕组。三相绕组沿定子铁心对称分布，在空间互差120度电角度，通入三相交流电时，产生旋转磁场。PMSM和BLDC电机的结构•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PMSM和BLDC电机的结构（2）嵌入式（IPMSM）交直轴电感:前者插入式LqLd后者内嵌式LqLd气隙较小，有较好的弱磁能力PMSM和BLDC电机的结构•PMSM的数学模型ABC、、：定子三相静止坐标系：定子两相静止坐标系：转子两相坐标系、d、q为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进行线性变换，实现电机数学模型的解耦。rAfdssqisdisusiq0CBPMSM和BLDC电机的工作原理：定子电压：定子电流：定子磁链矢量：转子磁链矢量：转子角位置：电机转矩角sssfrui永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模型可以表达如下：定子电压：定子磁链：电磁转矩：ddsdrqduRidtqqsqrdduRidtdddfLiqqqLi3()2enfqdqdqTpiLLiiPMSM和BLDC电机的工作原理2375aaTaLaeUUEIRTKIGDdnTTdtEKn24GDgJ2LTGDBLDC电机的动态特性方程：电动机负载阻转矩；：电动机转子飞轮力矩（），（为转动惯量）2.NmJPMSM和BLDC电机的工作原理（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）•永磁同步电机控制方式PMSM和BLDC电机的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和，从而调节转矩和实现弱磁控制。FOC中需要测量的量为：定子电流、转子位置角dsqsiiPMSM电机的FOC控制策略eT1、工作原理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。3、FOC控制方式PMSM电机的FOC控制策略0di控制控制交、直轴电流分量，保持PMSM的功率因数为1，在条件下，电机的电磁转矩随电流的增加呈现先增加后减小的趋势。可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出的最大转矩较小。最大转矩/电流比控制也称为单位电流输出最大转矩的控制（最优转矩控制）。它是凸极PMSM用的较多的一种电流控制策略。当输出转矩一定时，逆变器输出电流最小，可以减小电机的铜耗。直接转矩控制（DTC）&弱磁控制PMSM电机的FOC控制策略cos1cos1fluxweakeningcontrol弱磁控制矢量图电压极限椭圆电流极限圆弱磁控制原理分析从电压极限圆方程可以看到，当电压达到极限值ulim的时候，如果想继续提高电机转速，只能通过调整id和iq来实现，这就是电机的弱磁运行原理。增加直轴电流分量的同时减小交轴电流分量，以维持电压的平衡，从而得到弱磁效果。（以表贴式电机为例）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…