新能源汽车弱磁控制及电机设计

根据所建模型对电机进行电磁场分析，得到电机磁通分布和磁链分析结果如图3-7～图3-9所示。图3-7给出了电机模型在空载、满载和只有电流没有永磁体三种情况下磁力线分布图。从图中可以看到，在满载情况下和只有定子电流（d轴方向和q轴方向均有电流分量）作用的情况下磁力线的分布均不是关于d轴完全对称，如图3-7a和图3-7c所示；只有在空载情况下，即没有q轴电流分量的情况下磁力线的分布是关于d轴完全对称的，如图3-7b所示。

图3-6 55kW电机输出功率—速度特性曲线

图3-7 55kW电机三种情况下磁力分布图

a）有永磁体且满载 b）空载 c）没有永磁体满载电流

图3-8所示为不同的d轴电流和q轴电流情况下，电机一极的磁力线分布情况。从图中可以看到，当q轴电流置为零时，磁力线的分布是关于d轴完全对称的，当q轴电流不为零时，磁力线的分布将不关于d轴完全对称。从图3-7和图3-8的分析结果可以看出d轴和q轴之间存在交叉耦合的现象，原因是永磁体为不可改变大小的恒定励磁源，且励磁方向为d轴方向，只要q轴方向存在电流就会有交叉耦合存在。

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图3-8 55kW电机在各种条件的磁通分布

a）i_d=0A，i_q=100A b）i_d=-100A，i_q=0A c）i_d=-100A，i_q=100A d）只有永磁体

图3-9给出了不同d轴电流和q轴电流情况下d轴磁链和q轴磁链定量分析的结果。图3-9a给出了对应某一个q轴电流时，d轴磁链随d轴电流变化曲线。图3-9b给出了对应某一个d轴弱磁电流时，q轴磁链随q轴电流的变化曲线。图3-9a和图3-9b的分析结果表明q轴电流的变化对d轴磁链的影响较大，相比之下，d轴电流的变化对q轴磁链的影响要远小于q轴电流对d轴磁链的影响。图3-9c给出了不同d轴退磁电流情况下d轴磁链随q轴电流变化曲线，反映了q轴电流对d轴磁链的影响。图3-9d给出了不同q轴电流情况下q轴磁链随d轴退磁电流的变化曲线，反映了d轴电流对q轴磁链的影响。从图3-9c和图3-9d的分析结果可以看出d轴和q轴之间存在交叉饱和现象，而且交叉饱和的程度随着弱磁程度的改变而改变。因此就造成了电感参数随运行工况的不同而发生变化。

由上述分析可知电感参数是随着d轴和q轴电流变化的非线性函数，因此关于如何才能更精确地考虑电机饱和以及交叉耦合特性来更精确地计算d轴和q轴电感，国内外许多学者对此进行了大量的研究，并提出了一系列的计算模型^[8，9]。

图3-9 不同的定子电流给定时d轴和q轴磁链

a）d轴磁链随定子电流变化曲线 b）q轴磁链随定子电流变化曲线 c）q轴电流对d轴磁链影响 d）d轴电流对q轴磁链影响