_永磁同步电机弱磁控制的研究与仿真

，
从 而 降低 逆 变 器 的 容 量
。
5 Ｔ Ｈ Ｅ Ｗ Ｏ Ｒ Ｌ Ｄ Ｏ Ｆ ＮＶ ＥＲ Ｔ ＥＲ Ｓ 5
Ｉ
Ｉ
Ｉ
Ｔ Ｅ ＣＨ Ｎ Ｉ Ｑ ＵＥ ＲＥ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ ＣＨ
因
此 对 永 磁 同 步 电 机 牵 引 传 动 系 统 进 行 弱 磁 控 制 并 且 拓 限 值 时
，
，
电 动 机直
－
、
交轴 电 流 为
2
：

宽弱磁范 围
对 提 高 永 磁 同 步 电 机 牵 引 传 动 系 统 性 能 有
ｐ
】
ｉ
ｆ
／
：
／ ＋ Ｊｙ ｆ



重 要而 现实 的 意 义
2
．
。
、
ｉ
ｆ
＋

8
（
4
－
，

＼
Ｌ
ｔ
2 ｉ
／
）
ｌｎ
＝
￣
￣
￣—
Ｊ


（
1
）
2
永 磁 同 步 电 机 的 弱磁 控 制
1
5
）
0
5
－
0 0 5 5
－
0 3
1
引 言 机 宜 用 作 轨 道 机 车 的 牵 引 电 机
内 置式永磁 同 步 电机
ｉ
。
轨 道 2 内 置 式 永 磁 同 步 电 机 的 弱
ｌ
（
ｎｔ ｅ ｒ
ｉ
ｏ
ｒ
机 车 的 牵 引 传 动 系 统 不 仅 要 求 低 速磁 控 帝
，
厂 式中 Ｃ ＋
’
？
＝
Ｊ
2 、 ＋ 作，
2

Ｊ
｛
ｃ
Ｌｄ ＋ Ｌ

，
ｃ ＋
－
， 2
）
＾
ｑ ）
ｒ
Ｌｄ Ｃ
（
Ｌ
（
ｄ
Ｌ

。
：
3
）
￣
当 电动 机运行于某 内 置 式 永 磁 同 步 电 机 运 行 过 程 中 电 流 和 电 压 轨 迹 曲
ｙ
ｆ

＼
＼ ＼
、
（
、
、 、 、
、
、
、
、
＼
、
、
－
－
＼
、
Ｖ
士
＾
？
＾）
ｙ ／ ／ 到 旳 理 想最 高 转 速 为
“
一
－

Ｚ Ｑ Ｉ ｐ ｖ Ｌ ｊ
－
＂
／
？

ｙ
3
．
二
，
＿
，
匪
－
｛
ｆ
ｄ
ｉ
（
6
）
3
弱 磁控 制 模 型
’
图
1
内 置式 永 磁 同 步 电 机 运 行过 程 电 流
牵引 系 统的 性能
，
或在保持牵 引系 统
、
鲁棒性高
、
造价 低 因 此
。
，
对
Ｉ
ＰＭＳ
Ｍ
进 行 弱 磁 控 制 并 拓性 能 指 标 不 变 的 前 提 下 降 低 电 机 的
ｌ
内 置 式 转 子 结 构 的 永 磁 同 步 电 宽 弱 磁 范 围 有 着 重 要 意 义
ｕ
。
最 大 功 率
ｉ
ｒ
ｅ ｃｔ ａ ｘ ｓ
－
ｉ
ｉ
ｌ
ｉ
ｃ ｕ ｒ ｒｅ ｎｔ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｎ ｇ ｃ ｒ ｏ ｓｓ ａ ｘ ｓ ｃ ｕ ｒ
－ ｉ ｉ
ｒ
ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍ
ｎ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｒ ａ ｓ ｎ ｓ ｅ ｅ ｄ Ｓ ｔ ｒｏ ｎ ｇ ｐｏ ｅ ｇ ｐ
ｊ
ｐ
ｅ
ｒ
ｍ ａｎ ｅ ｎ
ｔ
ｍ ａ
ｇ
ｎ
ｅ
ｔ
ｓ ｙ ｎ ｃ
ｈ
ｒ
ｏ ｎｏ ｕ
ｓ
时 输 出 转 矩 大
有 较 宽 的 调 速 范围
，
2
．
1
弱 磁控 制 的 意 义
ｍ ｏｔｏｒ
，

，
Ｉ
Ｐ
ＭＳ Ｍ
）
机 械强度 高
，
，
磁 路 还 要 求 具 有 较 强 的 弱 磁 性 能
Ｉ
。
弱 磁控 弱 磁控 制 能 使 永 磁 同 步 电 机 在 高
－ ｌ ｌ ｌ ｉ ｉ ｌ ｉ
ｉ
ｆ
ｉ
ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｔｏ
ｍ
ｉ
ｐ
ｒ
ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ
ｐ
ｅ ｒｆｏ ｒｍ ａ ｎ ｃｅ
ｏ ｆ ｐ ｅ ｅｘ ｅ
ｒ
ｍａｎ ｅ
ｎ
ｔ
ｓ
ｐ
ｅ ｅ ｄ ｅ ｘ
ｐ
ａ ｎ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｇ
ｉ

ｓ
ｙ
ｎ ｃｈ
ｒ
ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｎ ｔ ｈ ｓ
ｉ ｉ ．
ｗ ｅ ａ ｋ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｃ ｐ ｒｏ ｐ ｅ ｒｔ ｅ ｓ ｃａ ｎ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｒａ ｃ ｔ ｏ ｎｓ ｙ ｓｔ ｅ ｍ ｗｈ ｅ ｎ ｎ ｖ ｅ
ｉ
ｉ
ｒ
ｉ
ｉ
ｉ
ｔ
ｅｒ
ｃａ
ｐ
ａ ｃ
ｉ
ｔ
ｙ
ｉ
ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎｔ ｒ ｕ ｃ ｅ ｔ ｏｒ ｅ ｄ
，
ｈ ｅｍａ ｘ ｍ ｕ ｍ
ｉ
ｐ
ｏ ｗｅ
ｒ
ｏ ｆ ｔ
ｆｏ ｒ
ｈ ｅ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｔ ｏ ｄ ｅ ｃ ｒｅ ａ
ｓｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ
ｐ ａｃ
ｉ
ｔ
ｙ
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｖ ｅ ｒｔ ｅ
，
气 隙小 行
，
电枢 反 应 强
适 于 高 速 运 制 可 使
。
Ｐ
Ｍ
ＳＭ
在 低 速 时 输 出 恒 定 转 速 时输 出 恒 定功 率
，
从 而 使牵 引 系 统
。
可作 为 恒 转 矩 控 制
该 类 电 机 可 矩
，
高 速 时输 出 恒 定 功 率
。
有 较 宽 的 具 有 较 宽 的 调 速 范 围
较 强 的 弱 磁性
利 用 其 磁 阻 效 应 来 提 高 电 机 效 率 和 调 速 范 围
较 强 的 弱 磁 性 能 可 在 逆 变能 可 在 逆 变 容 量 不 变 的 情 况 下 提 高
。
改 善 调 速 特性
电 机 结构 简 单
因此
，
，
且 内 置 磁 铁 型 永 磁 器 容 量 不 变 的 情 况 下 提 高 系 统 性 能
ｕｘ
－
ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ
ｉ
ｎ
ｃ ｏｎ ｔ ｇ
ｎ ａ
ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｏ ｇ ｙ ｓ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ
ｌ ｉ
ｆ
Ｉ
ｎ
ｔ
ｅｒ ｏ
ｉ
ｒ
ｐ
ｅ
ｒ
ｍ ａｎ ｅ ｎｔ
ｎ ｅ ｔ ｓ
ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｙｎ ｃ
ｍ ｏ ｔｏ ｒ
与 异 步 电 机 弱 磁 控 制 时 直 接 减 小 励 磁 电 流 的 思 想 不
＝
叫
Ｈ
Ｂ ⑴
禾卩
2
ｉ （

Ｌ
ｄ
＿ ￣
＼
Ｊ
（
Ｌ
2
）
同
，
永 磁 同 步 电机 的 励 磁 磁 场 是 由 永 磁体 产 生 的
，
，
无法
ａ
二
调节
由 于 永 磁体 产 生 的 磁 场 是 恒 定
＝ ｈ
￣
：
直 轴 去 磁 电 流 分 量 和 减 少 交 轴 电 流 分 量 来 达 到 削 弱 主 磁ｎ
Ｕ
ｒ
．
ｙ
＇
ｍ
ｍ
，
从 而 获 得弱 磁升 速 的 效 果
（
增 大 凸 极率
［
3
］
）
。
／
3
内 置 式 永 磁 同 步 电 机 的 弱磁 控 制 数 学 模 型
．
3
1
弱磁 区 域的 确 定
，
ｍ ａ ｘ ｍ ｕｍ
＊
ｔ
，
控 制可 以 使 永 磁 同 步 电 机 l ｑ ｐ ＝ 丄 Ｊ Ｌ ＆ ． ＾ 脉 宽 调 制 环 节 如图 中 ＯＡ 所不 随 着 转 速 的 升 侍取 大 的 电磁 转矩 ％ ＾
ｏｒ ｕｅ
ｅ ｒ ａ
ｍｐｅ
ｒｅ
Ｍ Ｔ ＰＡ
＾
Ｊ
车专
＆
白勺
力
：
；
、
、
‘
．
％ ｜二 捕

‘
⑶
ｒ
ｉ


、
“
－
、
（
ｆ
ｉ
＾
－
、
当 电 动 机 端 电 压 和 电 流 达 到 极 限 值
4
－
，
电 流全 部 为 直 轴
，
ｃ
、
）
7
＾
；
ｈ
－
＾
电 流 分 量
，
并且 忽略定 子电 阻 的 影响 时
：
电 动 机 可 以达
ｉ
刘 畅 王英
Ｗａｎ
ｇ Ｙ ｎ
ｉ
ｇ
摘
要
：
弱 磁 控 制 技术 是 内 置 式 永磁 同 步 电 机 在 宽 转 速 的 控制 方 法 。 永磁 同 步 电 机 的 励 磁磁
，
场 是 由 永磁 体 产 生 的 恒 定 的 磁 场 来达 到 削 弱 主磁 场
，
只 能 通 过 增 加 电 机 直 轴去 磁 电 流 分量 和 减 少 交轴 电 流 分 量
1
磁控 制 系 统 的 仿 真 旲 型 弱 磁 控 制 系 统 总 体设计 框 图 如 2 它 由 是 环 环 弱 磁 环 节 弱 磁 检 测 节 解輔 节 图 所 不
一
，
所 以 不能像 他
。
2
ｍ ￥
（
耳关
电 ｆ ｉ？
2
ｆ
ｐ
ｇ
力
ｆｉ
直 流电 机
样 通 过 调 节 励 磁 电流 来 直接 减弱 磁场
，
当 电 ｗ

ａ
今
ｙ
＞
ｌ
（
ｆＬ ｄ
＞
ｑ
）

＋
Ｌ ｄ ｉ ｄ ＋ ／／
ｉ
）

，
可推导 出 电动
压 等于最 大 电压 时
要 想 继 续 升 高 转 速 只 有 靠 增 加 电 机 机 的 转折 速 度 为
ｉ
ｗ ｄ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ
ｉ
．
Ｅ ｘｃ
ｉ
ｔ
ａ ｔ ｏ ｎ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｃ ｇ
ｉ ｉ
ｆ
ｉ
ｅ ｄ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎｔ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ
ｌ
ｓ ｙｎ ｃｈ
ｒ
ｎ ｎ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｗｈ ｃ ｈ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｍ ａ ｇ ｅ
。
从 而 获 得 弱 磁 升速 的 效 果
，
较 强 的 弱 磁 性 能 可 在 逆变 容 量 不 变 的 情 况 下
，
提 高 牵引 系 统 的 性 能 降低逆 变器 的 容 量
。
或 在 保持 牵 引 系 统性 能 指标 不 变 的 前 提 下 降 低 电机 的 最 大 功 率
Ｓ ｍｕ
ｉ
从而
ｌ
Leabharlann Baidu
弱 磁控 制 对 提高 永磁 同 步 电 机 扩速 性 能 有 现 实意 义 。 本 文 用
。
ｉ
ｎ ｋ
对
弱 磁控 制 技 术进 行 了 仿 真验 证
关 键词
Ａ ｂｓｔ ｒａ
ｍａ
ｇ
：
内 置式 永磁 同 步 电 机
ｃ ｔ Ｆ
： ｌ
；
弱 磁 控制
ｒ
ｌ
；
Ｓ ｍｕ
ｉ
ｌ
ｉ
ｎ ｋ
仿真
ｌ
、
电 压 轨 迹在 前 面 理 论 分 析 的 基 础 上
本 文在
，
Ｓ
ｉ
ｍｕ
ｌ
ｉ
ｎｋ
的 环境
弱
根 据 电 机运 行 情 况
Ｅ 仃在 旦 转 矩 区
＇
，
分析 弱 磁 区 域
，
基速以 下
（
，
电机
ｉ
下
，
在分析
Ｉ
Ｐ ＭＳ Ｍ
数 学 模型 的 基 础 上
，
建立
Ｉ
ＰＭ ＳＭ
［
域
，
采 用 线 性取 大 转 矩 电 流 比
《
变 频器 世 界 》
2 0
1
5
年
0 5
月
■
永磁同 步 电机弱
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｓ ｍ ｕ
ｉ
ｌ
ｉ
ＳＨ 的 研
Ｍ Ｓ Ｍ Ｆ
ｌ
究与 仿真
ｉ
ａ ｔ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐ
ｉ
ｕｘ
－
ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ
ｎ
ｇ
Ｃｏ ｎ
ｔｒ
ｏ
ｌ
大 连交 通大 学
Ｌ ｕ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ
ｉ
ｉ
ｔ
ｓ ｍ ａ
ｇ
ｎ ｅｔ ｃ
ｉ
．

Ｔｈｅ
ｍ ａ ｎ ｍ ａ
ｉ
ｇ
ｎ ｅ ｔ ｃ ｆ ｅ ｄ ｓ ｗ ｅ ａ ｋｅ ｎ ｎ ｏｎ ｂ ｎ ｃ ｒ ｅａ ｓ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍ ａ ｎｅ ｔ ｚ ａ ｔ ｇ ｙ ｙ ｇ ｇ
ｉ ｌ ｉ ｉ ｉ
ｉ
ｉ
ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ
ｉ
ｒ

ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｍ ｓ ｅ ｏ ｆ ｍ ａ ｎｔ ａ ｎ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｐ ｅ
ｉ ｉ
ｒ
ｉ
ｉ
ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｒａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｙ
ｉ
ｎｔ
．
Ｆ ｕ ｘ ｗ ｅ ａ ｋｅ ｎ ｎ ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｏ ａｓ ｒ ａｃｔ ｃ ａ ｓ ｇ ｎ ｇ ｇ ｙ ｈ ｐ
． Ｉ ｉ
ｐ
ａ
ｐ
ｅｒ
，
ｓ
ｉ
ｍ ｕ ａｔ ｏ ｎ
ｌ ｉ
ｐ
ｒ
ｉ
ｍ ｅ ｎ ｔ ｕ ｓｅ ｄ Ｓ ｍ ｕ
ｉ
ｌ
ｉ
ｎ ｋ
ｆ
ｏ ｒ ｔ ｅ ｓｔ ｎ
ｉ
ｇ
ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ
ｉ
ｆ
ｙ
ｎ
ｉ
ｇ
ｗ ｅａｋ ｅｎ ｎ
ｉ
ｇ
ｃ ｏｎ
ｔｒ
ｏ
ｌ
ｔ
ｅ ｃｈｎｏ ｏ
ｌ
ｇｙ
．
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ
【
：
ｎ ｔｅ ｒ
Ｉ
ｏ
ｉ
ｒ

ｐ
ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍ ａ
ｇ ｎ ｅ ｔ
ｓ
ｙ
ｎ ｃｈ
ｒ
ｏｎ ｏｕ ｓ
；

Ｆ ｕ ｘ ｗｅ ａ ｋｅ ｎ ｎ ｇ
－ ｌ ｉ
；

Ｓ ｍ
ｉ
ｕ
ｌ
ｉ
ｎ ｋ
中 图 分 类号
】
ＴＭ 3 4
1
【
文 献标 识 码
】
Ｂ
文章 编号
1
5 6
－
1
0 3 3 0
（
2 0
如
＂
ｆ
＋
ＣＯ
－

Ｌ
ｑ
＾
）

＇
ｌ ｉ
ｍ
一
转速
— ￣
时
，
电 流 矢 量轨 迹 为
— ￣￣
—￣
“
线如 图
1
所示
。
ｗ
7
1
ｖ
一
Ｍ Ｔ ＰＡ
．

ｉ ｉ
ｌ
ｄ
＋
ｄ
ＭＴＰ Ｖ ＼ ｙ Ｔ ｔ
＼

＾ ＼


＼
Ｋ
Ｌｄ Ｃ 0
Ｊ
1
⑷
2
（
4
）

＼ ＼ ＼
￣ ￣ ￣
Ｓ 艮 力 禾呈 胃 “ 胃 至