永磁同步電機(jī)之矢量控制永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率特性及弱磁擴(kuò)速能力分析

一、矢量控制調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能分析方法

由圖10一3可以看出，在不計(jì)各種損耗的前提下，電動(dòng)機(jī)的電磁功率可表示為。為使分析更具普遍性對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)功率特性的分析采用標(biāo)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(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制和普通弱磁控制時(shí)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(dòng)機(jī)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(mǎn)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(fēng)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(kāi)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(dāng)未迄1時(shí)，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速時(shí)的功率及最大功率僅決定于寧，與尸無(wú)關(guān)。因此，相同寧下，電機(jī)的功率特性曲線(xiàn)基本相同。凸極率僅對(duì)產(chǎn)生最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速值有影響，P增大時(shí)該轉(zhuǎn)速值降低，有利于提高電機(jī)的低速特性。但當(dāng)奮較小時(shí)（即永磁磁鏈比直軸磁鏈大很多）, P對(duì)功率特性曲線(xiàn)影響很小，這是由于磁阻功率比永磁功率更決定于電機(jī)電流的大小。所以在普較小時(shí)，凸極率對(duì)電機(jī)的功率特性影響可忽略不計(jì)。同時(shí)可以看出，增大弱磁率寧后，不但線(xiàn)性增加了最大功率，而且增加了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，在言一1時(shí)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(dòng)機(jī)具有良好的功率特性。

( 2）當(dāng)e > 1時(shí)，最高轉(zhuǎn)速隨寧的增大而降低，且電機(jī)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(xiàn)性關(guān)系，增加電流（即增加勻并不能線(xiàn)性地增加電機(jī)的最大功率，功率的增加程度決定于P的大小。p一1時(shí)，電磁功率為。
三、永磁同步電動(dòng)機(jī)最大輸入功率弱磁控制時(shí)的功率特性

為滿(mǎn)足特定負(fù)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(mǎn)足負(fù)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(xiàn)

( 1 ) P一1時(shí)的功率特性曲線(xiàn)。通過(guò)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(jì)id的正負(fù)，下同），此時(shí)si胡一1／寧，普通弱磁控制時(shí)產(chǎn)生最大功率。也就是說(shuō)，當(dāng)P一1時(shí)，電機(jī)最大輸人功率弱磁控制是從普通弱磁控制至最大功率時(shí)開(kāi)始的。在最大輸人功率弱磁控制過(guò)程中，電磁功率可表示為。

( 2）P#1時(shí)的功率特性曲線(xiàn)。當(dāng)P#1時(shí)，最大輸人功率弱磁控制運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速也趨于無(wú)窮，忽略定子繞組電阻時(shí)，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(dòng)機(jī)的最大輸入功率弱磁控制是電機(jī)電流逐漸減少的控制，電流的計(jì)算極為復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)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(jì)算。圖1 。一11為凸極率為3時(shí)，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(shí)給出了最大輸人功率弱磁控制?？梢钥闯?，如果細(xì)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。