永磁同步电机之调速永磁同步电动机的矢量控制

 一、矢量控制原理

电动机的速度控制实际上是通过控制转矩来实现的。在永磁直流电动机中，仅仅改变电枢电流便可实现对转矩的控制，这是因为，无论转子在什么位置，电枢电流产生的磁动势总与永磁磁场正交，转矩可表示为。式中，KT为比例常数；咖为永磁磁动势所产生的每极磁通，可认为是常数；I 。为电枢电流。可以看出，通过控制电枢电流便可控制转矩，从而实现对电动机转速的控制。与永磁直流电动机不同，调速永磁同步电动机的电枢反应磁动势与永磁磁场不正交，难以通过控制电枢电流来调节电动机的转矩。但从静止三相ab 。坐标系变换到向坐标系后，永磁同步电动机的转矩表达式变为式（10一3）。当玩一Lq时，式（10一3）和式（10一21）的形式相同，其中交轴电流相当于永磁直流电动机中的电枢电流，因此可以通过调节交轴电流实现对转矩及转速的控制。当Ld并Lq时，通过调节交直轴电流，不但可以利用磁阻转矩加大转矩输出能力，还可以改变直轴磁链大小，从而实现永磁同步电动机的弱磁调速控制。

总之，在永磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩取决于定子电流的空间相量￡s，而i，的大小和相位又取决于￡d和iq，也就是说，控制id和iq便可以控制电动机的转矩。一定的转速和转矩对应于一定的直交轴电流给定值话和始，通过适当的控制，使实际直交轴电流id和i 。跟踪i ' d和i ’ 。，便可实现电动机转矩和转速的控制。由于电枢绕组的实际电流是三相交流电流i 。 、几、 i 。，因此三相电流的给定值几、魂和i ' c由下面的变换从i ' a和瑞得到式中，0的含义见图10一3，为电动机转子直轴与定子a相绕组轴线之间的夹角（电角度）,可以通过位于电动机非轴伸端上的位置传感器获得。通过电流控制环，可使电动机实际输人电流与给定电流一致，从而实现对电动机转矩的控制。需要指出，上述电流控制方法对电动机稳态运行和动态都适用，且id，和iq是各自独立控制的，便于实现各种控制策略。

二、永磁同步电动机的电流控制策略

1．恒转矩控制

恒转矩控制一般采用最大转矩／电流比控制，此时直、交轴电流满足式式中，15为dq坐标系下电枢电流值，可为逆变器电流容量的任何允许值。由逆变器容量决定的电枢电流最大值用ilim表示。在恒转矩控制过程中，随电动机转速的升高，电枢绕组电动势增大。当增大到逆变器最高输出电压（即电机的极限电压）ulim时，电机转速达到恒转矩控制时的最高转速，该转速定义为电机的转折转速，以电角速度叭表示。由式（10一23）和电压方程式可得转折转速为。

2．普通弱磁控制

当电机转速增至转折转速时，要继续增加转速就必须采用弱磁控制。永磁同步电动机弱磁控制的思想来自他励直流电动机的励磁控制。他励直流电动机转速随端电压的升高而升高，当端电压达到极限值时，如希望再升高转速，必须降低电动机的励磁电流，使磁场减弱，才能保证电动势和电压的平衡。永磁同步电动机的励磁磁动势由永磁体产生而无法调节，只有通过调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡，达到弱磁扩速的目的。在弱磁调速过程中，电机的电压保持其极限值ul 、不变，因此由电压方程式可得到电动机运行于某一转速。时的交、直轴电流。

3．最大输人功率弱磁控制

当哄＜Ld 15且电动机的普通弱磁控制达一定转速时，再增加电机转速，必须降低电机的电流，从而进人最大输人功率弱磁控制，此时电机直、交轴电流应满足。

三、调速永磁同步电动机矢量控制系统

由上面给出的调速永磁同步电动机的电流控制策略可以看出，各电流控制均是基于对其幅值和相位的控制，也即对定子电流矢量的控制。图10一5为调速永磁同步电动机矢量控制系统简图。