电动机参数变化对性能的影响

交流永磁电动机的性能是否得到充分的发挥，关键取决于电动机定子电流中的i_d、i_q是否得到良好的控制。当电动机工作在高速区域的时候，电动机对电压有较高的需求，但是直流侧电压有限，逆变器输出的交流电压因此受到限制。所以必须对电动机的定子电流实施准确的控制，一方面将电动机对电压的需求限制在极限条件以内，对电流可以实施良好的控制；另一方面又可以充分利用电动机的输出能力，工作在较高效率的工况下。

高速区域中电动机的控制或多或少都围绕电动机定子电压展开。电动机运行时的定子电压为

u_d=R₁i_d+pψ_d-ωψ_q

u_q=R₁i_q+pψ_q+ωψ_d

将磁链方程3-58代入到式3-55，可以得到稳态情况下的电压方程为

u_d=R₁i_d-ωL_qi_q

u_q=R₁i_q+ω（ψ_f+L_di_d） （6-47）

从中可以看出电动机的定子电阻、d轴电感、q轴电感等因素都与电动机的电压有密切关系。

（1）R₁定子电阻的影响

从式6-47中明显可以看出在同一个电流工作点（i_d，i_q）下，如果定子电阻增加，那么d、q轴的电压分量都会受到影响。对于较大负载电动工况下（i_d＜0、i_q＞0），u_d为负值，u_q为正值。R₁的增加会导致两个电压分量以及相电压峰值需求明显增大。所以导致运行于高速区域时的电流调节器更加容易饱和。大功率电动机定子电阻一般都比较小，但是定子电流一般会很大，并且电动机运行以后由于定子绕组的发热，定子电阻的上升还是比较明显的。另外，当电动机运行的频率较高时，定子电阻中的交流电阻也会有较大的增加。

（2）d轴电感L_d的影响

当电动机定子电流增加时，受到磁路饱和的影响，d轴电感会减小。

图6-2中电压极限椭圆上A、B的横坐标为公式6-48。可以看出，如果L_d减小，那么这两点都会向左移动，即是说电动机工作在高速区域时的工作点都会左移，从而需要更大的弱磁电流。如果按照原有的电流工作点继续运行的话，则会对电压提出更高的需求，使电流调节器较容易饱和。

（3）q轴电感L_q的影响(www.xing528.com)

电动机q轴电感与前述d轴电感相类似，在较大定子电流的情况下也会有所下降。同时由于交流永磁电动机的q轴磁路的磁阻较小，受到电动机饱和影响更为严重，所以q轴电感的降低较d轴明显得多，如图6-21所示。

图6-21 L_q与i_q电流的关系曲线

电动机在同一个电流工作点（i_d，i_q）下，与q轴电感没有变化时相比较，L_q减小以后使得电动机输出转矩下降，如图6-22所示。为了输出相同的转矩，必须增加i_d或者i_q。

（4）电动机铁耗R_iron的影响

交流电动机的运行需要一个以同步速度旋转的磁场，这个磁场在电动机铁心尤其是定子铁心中产生较大的铁耗，并且随着电动机运行速度的增加，损耗会进一步增加。该损耗也是影响电动机工作效率的一个重要因素，因此若要对电动机进行准确分析就需要对此进行研究。

图6-23给出了考虑到铁耗电阻以后电动机的d、q轴等效电路图。如果电动机工作在同一个电流工作点（i_d，i_q）下，考虑到铁耗电阻后电动机的定子总电流（i_ds，i_qs）会有所增加，铜耗也会增加，所以效率有所下降，同时定子电压的需求会有所增加。

反过来考虑，如果不考虑铁耗电阻，仍然按照原有的定子电流进行控制，那么实际的弱磁电流分量与转矩电流分量将会发生变化。从而电动机的实际工作点和电动机实际输出转矩都会有所变化，会导致输出转矩的下降和对定子电压需求的提高。如果电流调节器此时进入饱和，那么将不能够对电动机电流实施闭环控制。电动机处于电流的开环控制下，这成为系统安全运行的严重隐患——最好能够尽快脱离这种状态而重新进入电流可控状态。

图6-22 L_q饱和导致的恒转矩曲线的移动

图6-23 考虑到铁耗电阻的等效电路图

a）d轴等效电路 b）q轴等效电路