新能源汽车电机驱动特性及控制方法

电机的转矩是由磁通和电流相互作用产生的。在直流电机中，通过控制电枢电流和励磁电流可以控制输出转矩，电压与磁链和速度的乘积成正比。电机的驱动是由电动机和逆变器及其控制单元组成的。图1-8所示为电机与驱动系统示意图。

图1-8 电机与驱动系统示意图

a）直流电机模型 b）电机驱动系统示意图

对称的平衡电流在三相对称的绕组中产生旋转磁场，等效为旋转的定子电流矢量I_S。定子电流矢量可分解为两个分量，即磁化分量I_F和转矩分量I_T，转矩分量与磁化分量正交垂直。控制绕组电流的磁化分量I_F与永磁体方向Φ_PM相反，实现弱磁控制，如图1-9所示。

图1-9 转矩和磁通的控制示意图

图1-10给出了有弱磁和没有弱磁情况下电机输出特性的比较。

在没有弱磁的控制中，当转速增大，输入电压随之上升，当达到额定速度时电机电压也达到逆变器输出电压的最大值，此时，如果继续增大给定速度，由于输入电压的限制，输出功率在达到一个最大值后迅速减少，如图1-10a所示，因此其恒功率范围很小。

如果采用弱磁控制，在恒功率弱磁区域，电压和输出功率随速度的增大而线性增加，当速度达到额定速度时，电压为额定电压；高于额定速度时，电压随转速升高而升高，由于逆变器电压限制，可通过减少磁通使电压保持恒定，输出转矩随之下降而功率保持恒定。在整个运行区均控制电机在给定速度时始终保持输出最大转矩，如图1-10b所示。(www.xing528.com)

图1-10 内置式永磁同步电机弱磁控制特性

a）没有弱磁控制 b）带有弱磁控制

永磁电机输出转矩/功率—速度特性如图1-11所示。在基速以下，电压和功率随着速度的增加而增大；在基速时端电压达到额定电压，输出转矩为额定最大转矩；在基速以上，要求保证恒功率输出，即为恒功率弱磁运行区域，它是控制绕组电流减弱磁场，输出功率和电压不变，输出转矩随速度增加而下降^[7]。

由于电机运行过程中不可避免地存在损耗，随着速度增大电机不可能达到无限速度，一般用恒功率速度范围（CPSR）来反映其最高速度时输出转矩能力，即

图1-11 永磁电机输出转矩/功率—速度特性

恒功率速度范围（CPSR）值越大，表明电机及系统的弱磁能力越强，速度范围越宽，永磁电机通过优化设计可使其达到理想的上限速度^[8]。