弱磁控制方法简介

1.直接电流弱磁

永磁辅助同步磁阻电机的弱磁控制，实际上是对交、直轴电流的控制。直接电流弱磁是一种直接改变交、直轴电流来达到弱磁效果的控制方法。

电机在基速以下采用MTPA控制，到达A₂点后，随着转速的继续增加，运行点向A₃移动，此时需要的弱磁交、直轴电流相当于最大输出功率控制时的电流，分别是

只要根据定子电压来判断电机是否进入弱磁状态，再根据式（5-44）保持电机的最大功率输出，就可以计算出弱磁时所需要的定子电流。

2.转矩角弱磁控制

直接电流弱磁是直接改变d、q轴电流来实现弱磁效果的，从电机d、q轴模型可以看出，还可以通过增大转矩角β来实现同样的弱磁效果。

电机在基速以下以速度ω运行时，根据式（5-41）可以得出，对应的电压极限圆的半径为

式中

当满足

时，电机沿着图5-17或图5-18所示的OA₂曲线运行，电机工作在恒转矩模式，当达到电流极限圆与电压极限圆的交点A₂时，速度达到ω₀，可以计算出此时速度ω₀的值。

如图5-18所示，电机MTPA控制模式运行到A₂时，转矩角为β，如果要求电机速度继续上升，也就是ω>ω₀，则电机不能运行在MTPA模式，转矩角要增加到β′，此时的d、q轴电流可以表示为

从式（5-46）可以得出i_d负向增大，i_q减少，实现了弱磁效果，电机沿着A₂A₃曲线运行。

当电机反转时，式（5-46）可以表示为

3.单电流调节器弱磁控制

上面分析了直接电流弱磁控制和转矩角弱磁控制，这两种弱磁方法都是同时控制交、直轴电流，并且具有两个电流调节器，但是随着电机转速的不断上升，电机d、q轴耦合加强，导致电机的电流、转速和转矩无法快速跟踪给定值，从而影响电机的动态性能。实际上当电机运行在弱磁区间时，存在电压和电流的限制，只要d、q轴其中一个变量确定，另外一个就可以确定了，所以可以只对其中一个电流进行控制。美国俄亥俄州立大学的徐隆亚教授和Song Chi博士提出了单电流调节器（Single Current Regulator）弱磁控制，只保留了直轴电流调节器，电机控制系统如图5-20所示。

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图5-20 单电流调节器弱磁控制框图

单电流调节器弱磁控制只调节直轴电流i_d，相当于调节电机的u_d，而给定u_q，从而可以根据i_d、u_d和u_q求出iq

通过直轴电流环的作用调节i_d，根据式（5-48），i_q也得到了相应的变化，从而电机输出转矩也得到了调节，由于上述单电流调节器弱磁控制是直接给定u_q的，因此也称为定交轴电压单电流调节器弱磁控制。

4.6步电压法（SSV）弱磁控制

前面介绍的3种弱磁方法都是基于矢量控制理论，在维持电压利用率不变（电压利用率大概为84.6%）的情况下提高电机的转速，6步电压法弱磁控制不同于其他的弱磁控制，如图5-4所示，6步电压法的电压利用率可以提升到95.6%，6步电压法控制策略是把全部母线电压加到电机上。这种弱磁控制方式相当于方波控制，缺点是系统中有较高的5次和7次谐波电压，进而在定子中产生相应的谐波电流。这些谐波电流在转子磁场的相互作用下产生6倍基频的转矩脉动，幅值可达到额定转矩的20%～25%，但当电机在高速弱磁的情况下时，这些转矩脉动对速度影响不大，所以6步电压法可以在电机弱磁策略中广泛使用。

6步电压法控制逻辑如图5-21所示。

采用6步电压法弱磁控制，可以为电机提供更大的最大转矩和转速范围。

5.最大电压转矩比（MTPV）控制

图5-21 6步电压法控制逻辑图

MTPV控制是指在输出同样转矩的条件下，电机所能达到最大转速时的最小定子电压的控制。MTPV控制与MTPA控制相似，MTPA是电流极限圆和转矩双曲线切点的轨迹，而MTPV轨迹则是电压极限椭圆和转矩双曲线切点的轨迹，即产生不同转矩值所需的最小电压点的连线，其方程可以表示为

根据电压极限圆可以得到

u²_s=u²_d+u²_q=ω²L²_qi²_q+ω²（L_di_d+ψ_PM）² （5-50）

T_e=p（ψ_PMi_q+（L_d-L_q）i_di_q） （5-51）

把式（5-50）和式（5-51）代入式（5-49）得到

（L_d-L_q）（L_qi_q）²-L_d（L_di_d+ψ_PM）（ψ_PM+（L_d-L_q）i_d）=0 （5-52）

用i_q表示i_d的函数，就可以得到MTPV的轨迹方程

从式（5-53）可以得到当i_q=0时，i_d=-ψ_PM/Ld为电压极限圆的圆心。最大电压转矩比的电流轨迹可根据方程或者描点法得到，图5-22所示为最大电压转矩比的电流轨迹。