永磁同步电机之矢量控制永磁同步电动机的功率特性及弱磁扩速能力分析

一、矢量控制调速永磁同步电动机的性能分析方法

由图10一3可以看出，在不计各种损耗的前提下，电动机的电磁功率可表示为。为使分析更具普遍性对永磁同步电动机功率特性的分析采用标么值形式，功率及电角速度的基值分别定义为。

二、永磁同步电动机恒转矩控制和普通弱磁控制时的功率特性

1．电压和电流相量的变化轨迹

根据前述电流控制策略，永磁同步电动机在恒转矩控制及普通弱磁控制方式下，电压、电流相位月满足。

( 1）在恒转矩控制区，电流相量保持为oAi不变，其相角风可表示为。

( 2）在普通弱磁控制区，电流相量由oA；变化到oB 、，即幅值不变，相角由几变到900 ;电压相量幅值不变，但相位由a：开始根据弱磁率的不同而具有不同的变化规律。

1. 功率与电角速度之间的关系

( 1）当未迄1时，电机的最高转速、最高转速时的功率及最大功率仅决定于宁，与尸无关。因此，相同宁下，电机的功率特性曲线基本相同。凸极率仅对产生最大功率时的转速值有影响，P增大时该转速值降低，有利于提高电机的低速特性。但当奋较小时（即永磁磁链比直轴磁链大很多）, P对功率特性曲线影响很小，这是由于磁阻功率比永磁功率更决定于电机电流的大小。所以在普较小时，凸极率对电机的功率特性影响可忽略不计。同时可以看出，增大弱磁率宁后，不但线性增加了最大功率，而且增加了电机的最高转速，在言一1时具有理想的最高转速。因此拥有大的凸极率和弱磁率，且采用最大转矩／电流比控制同普通弱磁控制相结合的电流控制策略，可使永磁同步电动机具有良好的功率特性。

( 2）当e > 1时，最高转速随宁的增大而降低，且电机在相同宁下的功率特性受凸极率影响；最大功率与电流不再是线性关系，增加电流（即增加匀并不能线性地增加电机的最大功率，功率的增加程度决定于P的大小。p一1时，电磁功率为。
三、永磁同步电动机最大输入功率弱磁控制时的功率特性

为满足特定负载的低速大转矩要求，可以加大输人电流使右＞1，但前述普通弱磁控制的调速性能差，不能满足负载的高速要求。为此，可采取普通弱磁控制和最大输入功率弱磁控制相结合的电流控制策略。

1．功率特性曲线

( 1 ) P一1时的功率特性曲线。通过分析可知，电流id～哟／Ld为最大输人功率弱磁控制的起始直轴电流值（不计id的正负，下同），此时si胡一1／宁，普通弱磁控制时产生最大功率。也就是说，当P一1时，电机最大输人功率弱磁控制是从普通弱磁控制至最大功率时开始的。在最大输人功率弱磁控制过程中，电磁功率可表示为。

( 2）P#1时的功率特性曲线。当P#1时，最大输人功率弱磁控制运行的最高转速也趋于无穷，忽略定子绕组电阻时，有。

2.电压电流相量轨迹

3．最大输人功率弱磁控制的等效电流控制策略

从最大输入功率弱磁控制的电流控制策略可以看出，永磁同步电动机的最大输入功率弱磁控制是电机电流逐渐减少的控制，电流的计算极为复杂，在实际应用中难以实现，因此采用等效电流控制策略。在等效电流控制策略中，将最大输人功率弱磁控制转化为弱磁率逐渐减低的普通弱磁控制，避免了电流的复杂计算。图1 。一11为凸极率为3时，弱磁率由3降为2，然后降为1的等效电流控制策略，图中同时给出了最大输人功率弱磁控制。可以看出，如果细化弱磁率的降低速度，等效电流控制策略可以很好地模拟最大输人功率弱磁控制。