场强减弱控制

开发永磁同步电机的弱磁场控制

电机控制块集 

设计和实现电机控制算法

磁场减弱或磁通减弱是一种以降低扭矩为代价,将电动机的速度提高到额定以上的技术。磁场减弱用于自动化应用中的电机控制和电动汽车和机车的牵引电机控制,以在低扭矩可接受的情况下实现更高的电机速度。

永磁同步电动机(PMSM)因其功率密度高、速度快、动态响应快而在这些应用中广受欢迎。然而,当定子端电压达到逆变器输出极限时,永磁同步电机的速度受到限制。因此,永磁同步电机需要磁场减弱,以增加其轴转速高于其设计额定值。实现更高电机速度的一种方法是调节逆变电源电子器件来操纵定子d轴和q轴电流,以抵消转子磁铁产生的磁气隙磁通。

磁场削弱控制包括通过降低与永磁体相关的气隙磁链的影响来降低产生的d轴磁通,\(\lambda_{d}\)。这是通过在PMSM中驱动磁化d轴定子电流为负来实现的,如下图1所示。

图1得到的d轴通量的矢量表示,λd

图1得到的d轴通量的矢量表示,λd

图2中的转矩速度特性曲线显示,电机的反电动势(定子电压)与电机转速成比例上升。这种行为发生在永磁同步电机的恒转矩区域,其中磁场定向控制(FOC)是一种公认的调节电动机的方法。然而,当速度继续上升时,施加的电压达到最大值,反电势电压超过施加的电压,阻止电机速度的增加。为了使电机速度高于其基本速度,在保持恒定的输出功率(即扭矩和电机速度的乘积)的同时,使用弱磁场模式。在磁场减弱期间,电机可以在最大可用电压下更快地旋转,代价是降低最大转矩。

图2永磁同步电动机的转矩和转速特性

图2永磁同步电动机的转矩和转速特性

图3说明了作为电压极限椭圆和定子电流左边的限流圈(id,我)飞机。

图3永磁同步电机的电压和限流

图3永磁同步电机的电压和限流

为了理解场弱,可以使用约束场弱区域OABC的轨迹来评估当前的矢量轨迹。沿OA的轨迹I为每安培最大转矩(该项目的)曲线,其中MTPA可以通过操纵当前矢量轨迹来匹配OA曲线来实现。轨迹II遵循从A到b的限流圈,限流由直流母线和电力电子器件的约束定义。轨迹III表示沿BC(最大每伏扭矩(MTPV)曲线)的深场削弱。在MTPV运行期间,电机产生电压约束椭圆内允许的最大速度和转矩,由直流母线限定。无论转矩瞬态响应如何,优化后的弱磁场轨迹或工作点始终位于灰色区域内。

图4显示了系统级的永磁同步电动机的弱磁场控制框图金宝app®.外部速度控制环生成转矩命令,作为MTPA弱场控制块的输入。内层电流回路由克拉克和帕克变换和一个空间矢量发电机。

图4永磁同步电机弱磁场控制概述

图4永磁同步电机弱磁场控制概述

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要了解有关如何设计和实现电机控制算法的更多信息,请参见电机控制模块而且Simscape电气™

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