弱磁调速用永磁同步电机设计分析
永磁同步电机弱磁调速技术研究
-I-
哈尔滨工业大学全日制工程硕士学位论文
Abstract
At present the alternating electric spindle, which use the permanent magnet synchronous motor (PMSM) as the core component, is widely used in high precision processing manufacturing equipment. Therefore, to broaden the speed range is important for improving the manufacturing accuracy and efficiency. Since the flux weakening technique could broaden the speed range, it get more and more attention. Hence, choosing the proper motor and drive system to achieve the flux weakening control has important theoretical significance and practical value. The research is based on the stator shunt tooth structure PMSM and then does the research on the vector control(VC) technique related to the flux weakening(FW) control. The main research contents in the following aspects: First of all , use the magnetic circuit model to analysis the motor maniacal structure factor of the flux weakening performance. Use the field and magnetic circuit combine technique to analyze the improvement of flux weakening performance of the shunt tooth structure, then puts forward the stator shunt tooth structure PMSM mathematics model in the condition of constant power. Secondly, the paper derives the stator shunt tooth structure PMSM’s electromagnetic constraint conditions, divides the speed adjust areas, does research on the voltage constraint considering the stator resistance and derives one advanced model, design the flux weakening speed adjust strategy in the whole speed operation range combining the characteristics of the stator shunt tooth structure, verify the control strategy through Simulink. Again, based on the research of the flux weakening control algorithm, the paper do some research on the PMSM drive system, gives the calculation method of the current loop parameter and puts forward the seven segment space vector modulation method to restrain the motor stator current harmonic, puts forward the voltage vector time standard MAO threshold concept in order to improve the algorithm’s operation effic iency. Finally, based on the former analysis of the theoretical technology, build the PMSM flux weakening speed regulation system hardware platform, and write control algorithm and do some experiment to verify the flux weakening control algorithm. It shows that the algorithm is correct and effective. Keyword: Stator shunt tooth, Permanent Magnet Synchronous Motor, Flux Weakening, Space Vector modulation
永磁同步电机弱磁调速的研究
DOI ：10．19392/j．cnki．1671－7341．201920174永磁同步电机弱磁调速的研究睢丙东韩伟河北科技大学河北石家庄050000摘要：永磁同步电机弱磁调速是现代电机研究的热点之一，解释永磁同步电机传统的弱磁控制原理，研究分析传统弱磁调速的主要缺陷及限制调速范围的因素。
阐述弱磁调速的研究现状以及总结研究的新动向。
关键词：永磁同步电机；弱磁调速；调速范围现代永磁同步电机因为具有高转矩密度、高效率、较为优秀的低速驱动性能以及较宽的调速范围，已经被广泛的应用于电动汽车的驱驱动中。
永磁同步电机调速系统大多由直流电源、逆变器、控制器和电机组成。
但是永磁同步电机励磁所采用的稀土永磁体，磁场不能被调节，因而需要采用弱磁控制的方法来提高转速。
当电机输出功率一定，在低转速时扭矩的提高必然带来额定转速的降低，此时需要弱磁调速控制，如果保持最高转速且稳定，则弱磁调速的范围也随之提高。
因此对弱磁调速能力的研究对提升整个永磁同步电机控制系统的性能有着重要意义。
1弱磁调速的基本原理永磁同步电机弱磁控制原理在于对它励直流电动机的弱磁控制。
由于PMSM 的转子是永磁体，无法通过控制励磁电流的方法去实现弱磁控制，通过电流所产生的励磁来抵消永磁体的磁通方向从而实现弱磁控制。
当转矩恒定且电机稳定运行时，忽略定子电子Ｒs ，定子电压峰值表示为：|u s |=ωr |ψs |=ωr （ψf +L d i d ）2+（L d i d ）槡2（1）式中u s 为最大电压、ψs 为定子磁链。
根据（1）式可知，当|ψs |稳定时，电机的转子转速ωr 和定子电压成正比，且由于最大电压值|ψs |的约束，转速ωr 受到限制，电机会达到最大转速为ωn ，称其为转折速度。
当需要拓宽调速范围时，就需要使用弱磁控制的方法。
如下图为电机的转子永磁励磁结构。
电机转子结构图一般去磁作用有两种方法：1增加直流去磁电流分量；2减小交轴电流分量，可以维持电机的电压平衡关系。
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究【范本模板】
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究摘要永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。
基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用.本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。
关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机一、永磁同步电机弱磁控制研究现状1．永磁同步电机及其控制技术的发展任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。
直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节;而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。
因此，交流电机的转矩控制性能不佳。
经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有:矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。
1．1 矢量控制1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理,经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。
矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机,从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。
1．2 恒压频比控制恒压频比控制是一种开环控制,它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。
但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。
要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。
永磁同步电动机弱磁调速控制
1.1 永磁同步电机简介
由于高性能电机控制理论和电力电子技术以及微机控制技术的迅速发展，永磁 (PM)电机以其高效性，高转矩惯量比，高能量密度而得到了更多关注。 PM电机通常分为两类： 永磁无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。 BLDC 通常具有梯形波反电势波形，如图1.1b)。梯形波反电势由定子集中绕组和方波充磁的 表面磁铁产生。其转子位置的测量可以非常方便地利用反电势的测量得到，控制方式 简单。但存在转矩脉动,换相间存在冲击电流，一般不太适用于高性能驱动。
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ωr
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Hystersis controller
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32
4
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Controller
VDC ia ib
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encoder
PMSM
（c） 直接转矩控制器 图 1.3 PMSM 的主要控制方法 1.2.1 VVVF 控制 VVVF控制策略的控制变量为电机的外部变量，即电压和频率。控制系统将参考 电压和频率输入到实现VVVF的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施 加在电机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。逆变器所用的调制方 式为脉冲宽度调制(PWM)。PWM可以有多种不同的实现方式，如空间矢量调制 (SVPWM)。PMSM的VVVF控制方框图如图1.3(a)所示。 这种控制方法无需从电机引入任何速度、位置或电压、电流反馈信号，属于开环 控制。这种控制系统易于实现且价格低廉。由于系统中不引入速度、位置或其它任何 反馈信号，因此不能即时捕捉电机状态，无法对电机进行精确的电磁转矩控制。由于 仅使用一个调节器实现对输入电压和磁链的调制，将导致输入电压、频率信号和电机 最终的转矩、速度反应之间的通讯速度降低，使电机的响应变慢。这种驱动系统仅适 用于风机、水泵之类无需精确控制的场合。 1.2.2 磁场定向矢量控制 Blaschke在1971年发表了第一篇有关异步电机(IM)的矢量控制(VC)的方法，之后 该方法被应用于PMSM中。这种控制方法目前已经全面发展并在工业上被认为是较成
永磁同步直线电机弱磁调速时的设计
１ 永磁 同步 直 线 电机 稳 定 运 行 状 态
为 了简化 分 析 ， 永 磁 同 步 直 线 电机 作 如 下 对 假设 ：．忽 略 电枢 电 阻 ； ．铁 磁 体 的磁 导 率 趋 于 ａ ｂ
无穷， 不考 虑 磁场 的饱 和效 应 ； ． 略铁 耗 ； ．不 ｃ忽 ｄ 考 虑 电枢 电 流 对 永磁 体 的 去磁 作 用 ， 磁 体 有 适 永 当的矫 顽 力 ； 略摩 擦 力 ． ｅ忽
Ｉ ］＝ ｌ ｉ ｂ ｂ．
２ 运行 于给定基值 点 的电机参数
为使设 计 的 电 机具 有 可 比性 ， 设 电机 都 过 假 所 要 求 的基 值 点 Ｂ． １中 厂＝ｆ 时 推 力 双 曲线 图 ｂ 与 ＝ｉ时 电 流 圆 的切 点 Ｂ 就 是 基 值 点 ． 基 值 ｂ 在
（） １
永 磁 同 步 直 线 电机 稳 定 运 行 时 电 压 ， 电流 和 推 力 方程 的 标 么值 形式 如 下 ｌ ： ３ ｊ
＝
（ ＋
） （ｑ ） ； ＋ １ｉ
点， 电机各 量 具 有标 么 值基 值 ． 根据 标 么 值 基 值 的 选 取 ， 点 的 标 么 值 为 Ｂ ＝１ｆ＝ １ Ｓ ． 上 述 标 么 值 代 人 方 程 （ ） ， ， ＝１ 将 １～
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第 ３） 第 ８期 ｆ卷 ２０ ０ ２年 ８月
华
中
科
技
大
学
学
报（ 自然科学版 ）
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ． １３ ８
Ａｕ ． ｇ ２０ ０２
Ｊ Ｈｕｚｏ ｇＵｎ ． ｆ ｃ．＆ Ｔｅｈ （ ｔ ｅ ｃ ｎｅ ｄｔ ｎ ． ａｈ ｎ ｉ ｏ ｉ ｖ Ｓ ｃ ．Ｎａ ｒ ｉ ｃ ｉｏ ） ｕ Ｓｅ Ｅ ｉ
永磁同步电机弱磁扩速
永磁同步电机弱磁扩速摘要：1.永磁同步电机的概述2.永磁同步电机弱磁扩速的背景和意义3.永磁同步电机弱磁扩速的原理和方法4.永磁同步电机弱磁扩速的实际应用和优势5.永磁同步电机弱磁扩速的未来发展趋势正文：一、永磁同步电机的概述永磁同步电机是一种采用永磁体作为磁场源的同步电机，其结构主要由定子、转子和端盖等部件构成。
定子由叠片叠压而成以减少电动机运行时产生的铁耗，其中装有三相交流绕组，称作电枢。
转子可以制成实心的形式，也可以由叠片压制而成。
永磁同步电机的主要特点是磁场恒定，运行稳定，效率高，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
二、永磁同步电机弱磁扩速的背景和意义在永磁同步电机的运行过程中，往往会出现弱磁现象，即电机的磁场强度不足，导致电机的转速无法达到预期值。
为了解决这个问题，需要对电机进行弱磁扩速，以提高电机的转速和运行效率。
弱磁扩速对于永磁同步电机具有重要的意义，它可以使电机在低速运行时具有更高的效率和更好的性能，满足不同工况下的需求。
同时，弱磁扩速也可以提高电机的调速范围，使电机能够适应更广泛的应用场景。
三、永磁同步电机弱磁扩速的原理和方法永磁同步电机弱磁扩速的原理是通过调整电机的磁场强度，使电机在低速运行时能够保持恒定的磁场强度，从而提高电机的转速和运行效率。
具体的弱磁扩速方法包括以下几点：1.调整电机的磁场强度：通过改变电机的磁场强度，使电机在低速运行时能够保持恒定的磁场强度。
2.调整电机的电流：通过改变电机的电流，可以改变电机的磁场强度，从而达到弱磁扩速的目的。
3.采用先进的控制策略：通过采用先进的控制策略，可以实现对电机的精确控制，使电机在低速运行时能够保持恒定的磁场强度。
四、永磁同步电机弱磁扩速的实际应用和优势永磁同步电机弱磁扩速在实际应用中具有广泛的应用前景，它可以使电机在低速运行时具有更高的效率和更好的性能，满足不同工况下的需求。
同时，弱磁扩速也可以提高电机的调速范围，使电机能够适应更广泛的应用场景。
基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究
基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究摘要：本文研究了基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统。
首先，介绍了永磁同步电机的基本原理和特点，并分析了调速系统的重要性。
然后，详细讨论了永磁同步电机调速系统中的弱磁升速技术。
最后，通过实验验证了该调速系统的有效性和可靠性。
引言永磁同步电机是一种具有高效率、高功率密度和高控制精度的电机。
近年来，随着电动汽车、舰船和风力发电机组等应用领域的广泛发展，永磁同步电机的研究成为了热门话题。
调速系统作为永磁同步电机的关键组成部分，对电机性能和运行稳定性起着至关重要的作用。
永磁同步电机的调速系统主要包括传感器、控制器和驱动器等组件。
其中，驱动器是实现电机速度调节和转矩控制的核心部分。
传统的永磁同步电机调速系统通常采用磁场定向控制策略，通过测量电机的电流、转速和位置信号来控制电机的运行状态。
然而，由于传感器的测量误差和传递延迟等因素的存在，传统调速系统的响应速度和控制精度有一定的限制。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统。
弱磁升速技术是指在电机低速、小负载或突变负载条件下利用磁场变化特性实现电机的快速响应和高控制精度。
该技术主要包括双矩极调速和磁链损耗调速两种方式。
双矩极调速是指通过调整电机的矢量控制策略，使电机在低速运行时仅激励一个磁极，从而提高转矩响应速度。
同时，通过改变磁极数目和位置的方式，可以进一步优化电机的性能。
磁链损耗调速是指通过调整电机的绕组参数和通电方式，降低电机的磁链大小和损耗，从而减小电机的转矩惯量和响应时间。
该方法主要通过降低电机的漏磁和回路阻抗来实现。
实验结果表明，磁链损耗调速可以显著提高电机的静态和动态响应性能。
为了验证弱磁升速技术在永磁同步电机调速系统中的应用效果，本文设计了一台基于DSP控制器的实验平台。
在实验中，通过改变电机的磁极数目和位置，以及调整绕组参数和通电方式，分别进行了双矩极调速和磁链损耗调速的性能测试。
主轴永磁同步电机设计与弱磁方法分析
华中科技大学硕士学位论文主轴永磁同步电机设计与弱磁方法分析姓名：金富宽申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：周理兵2011-01-08摘要数控机床的运行性能主要取决与主轴驱动系统，主轴电机是主轴驱动系统的核心元件。
合理的选择电机类型和设计电机参数，提高电机的功率密度，减小电机的体积与转动惯量，对于提高数控机床的工作性能有着重要的意义。
永磁同步电动机具有功率密度大，效率高，易于实现精密控制等优点，成为了主轴电机的一个重要的研究方向。
数控机床要求主轴电机能在低速时输出较大转矩，高速时有宽广的恒功率调速范围。
但永磁同步电动机弱磁困难，不利于高速运行。
研究永磁同步电机弱磁扩速问题，提高电机的恒功率运行范围，成为了研究的重点。
本文根据永磁同步电机弱磁控制的基本策略，分析了不同空载永磁磁链，交、直轴电感变化对电机运行性能的影响。
对内置径向式转子结构进行优化，采用永磁体分段式转子结构。
利用Ansoft有限元计算软件建立电机的2D模型，分析了不同分段数，分段磁桥宽度，圆周磁桥长度对电机参数的影响；分析了不同永磁体形状，不同极靴形状对气隙磁密的影响。
根据主轴永磁同步电机的设计要求，开发了一套电机电磁设计程序，并采用场路结合的方法设计了一台样机。
关键词：主轴电机，内置式永磁电机，永磁体分段，弱磁AbstractThe performance of CNC machine tool mainly depends on the spindle drive system. The spindle motor is a core component of the spindle drive system. Rational choice the motor type and design the motor parameters, to improve the motor power density, reduce the motor size and moment of inertia, could improving the performance of CNC machine tools significantly.PMSM(Permanent magnet synchronous motor) with the advantages of high efficiency, power density, and convenience to achieve accurate control, prove to be an important research direction. CNC machine tools demands the spindle motor output larger torque at low speed and have wide constant power speed range at high speed. However, as flux weakening is difficult, The PMSM is restricted in the high-speed operation. Improving the ability in flux weakening, and increasing the constant power speed range of PMSM became the important research field of PMSM.This paper based on the basic weakening control strategy, analysis the effect on PMSM performance of different no-load PM flux linkage and motor inductance.Optimize the conventional IPM rotor structure, choose the segmented magnet rotor structure. Establish 2D model of the motor, analysis the effect on the parameters of the motor with different segment numbers, segment iron bridge and circle iron bridge. Analysis the effect on the air gap flux density with different structure of PM and pole shoes.According to the requirement and design principle of the spindle PMSM, developed motor electromagnetic program. Prototype has been designed by combining magnetic circuit and field analysis method.Keywords: spindle motor, IPM machine，segmented magnet，flux-weakening独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机的弱磁控制现有一永磁电机，需要超过额定转速运行。
使用变频器调速，则为恒功率调速，也就是弱磁掌握，不考虑电机机械和负载的因素的话，变频器能拖动电机达到多少转速？变频器一般弱磁调速的范围有多大？答：永久磁铁是恒磁的，不知如何弱磁，弱了后回到恒转矩区时又如何充磁。
1、沟通电机的电压不变，频率下降时，磁场会增加直到饱和；2、沟通电机的电压不变，频率上升时，磁场会减弱；3、缘由是电机的电势平衡原理打算的，电势平衡原理可以用电视平衡方程式表示：U-Ir=E=CeΦf U肯定，Φ↑f ↓或者Φ↓f ↑；4、电机的磁场Φ，打算于电压U的大小；5、变频器在额定频率以下运行，通过频率下降电压同时下降，保证电机磁场Φ恒定；6、变频器在额定频率以上运行，通过频率上升而电压不能上升，电机磁场Φ减弱，进入弱磁调速！7、弱磁调速，意味着电机速度超过额定转速时，额定转矩下降，就是说还要额定转矩运行，电机的功率就要随着转速正比增大，电机就会发热，无法正常运行；8、所以电机在弱磁运行时，速度高，转矩低，转速越高，转矩越小，保持功率不变，电机的发热量不增大而能正常运行；9、所以弱磁调速运行的关键是，电机所带的负载转矩必需随着速度上升反比下降，假如负载转矩不能因速度上升而反比下降，这个负载就不宜进入弱磁调速；10、你可以检测电流，弱磁调速时，假如电流随着速度上升而保持在额定电流一下，那么电机的发热量就不大，允许运行，否则就不允许弱磁调速运行；11、以上说的没有考虑轴承等机械强度是否允许的问题！12、电机进入弱磁调速，最高速度或者频率，应当是电机空载运行时，电机电流保持在额定电流及其一下的最大速度或最高频率！你可以空载试验确定！13、上述结论，是在电机轴承及其相关机械强度允许状况下！14、假如负载需要高速运行，可以通过机械传动比来实现，不肯定要电机进入弱磁调速区；。
基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱磁调速研究
基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱磁调速研究王杰;谢源;谢涛【摘要】The actual operating conditions of electric vehicles were complicated,and the speed range and torque requirements of PMSM were higher.In order to improve the speed range of the built-in permanent magnet synchronous motor,the voltage closed-loop feedback field weakening control method was studied and realized.The method used the voltage utilization as a reference to construct the voltage loop,and the weak feedback was calculated by the voltage feedback signal and the command signal.Current id reference value,thus realizing the permanent magnet synchronous motor weak flux expansion.The simulation model of the field weakening control system of the built-in permanent magnet synchronous motor was established on the MATLAB/Simulink platform.The simulation results showed that the system had a wide speed range and the interval was smooth and had good response characteristics.%电动汽车对电机的调速范围要求较高,需要宽调速的控制技术.为扩大永磁同步电动机(PMSM)的调速范围,研究并实现了电压闭环反馈弱磁控制方法.该方法将电压利用率作为参考值构建电压环,通过电压反馈信号和给定指令信号计算弱磁电流的参考值idref,从而有效提高PMSM的弱磁扩速.利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了表贴式PMSM弱磁控制系统.仿真结果表明系统有较宽的调速范围,而且区间转换平稳,具有良好的响应特性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】6页(P27-32)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;电压闭环反馈【作者】王杰;谢源;谢涛【作者单位】上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言永磁同步电机( Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻、转动惯量小、高效率和控制性能好等优点，大量应用于工业生产、日常生活、航空航天、军事设施等领域，具有非常诱人的前景，PMSM更加适用于高精度的伺服控制系统。
永磁同步电动机弱磁控制的设计
永 磁 同 步 电 动 机 弱 磁 控 制 的 设 计
41
D
驱动控制
rive and control
微特电机
2009 年第
6 期
1 永磁同步电动机弱磁扩速原理分析
Abstract: The basic p rincip le of constant - power field - weakening speed expanding of permanent magnet synchronous motor was firstly illustrated, meanwhile reasons for the difficulty in field - weakening speed expansion were p resented. Based on RMXPRT, a special softw are for electric motor designing and MAXW ELL 2D , softw are for two - dim ension magnetic anal2 ysis, the p rincip le and method in electro - magnetic design of permanent magnet synchronous motor for field - weakening control was illustrated by taking axially interior permanent rotor as an examp le. The constant - power speed range of field weakening control was ought to be more than 2 tim es, which means CPSR should be larger than 2. W ith the help of FEM , the actual CPSR was obtained. Finally, sim ulation studies were conducted in transient electro - magnetic fields, and the results demonstrated that the designed PM S M was rational and could work w ith CPSR beyond 2. Key words: per manent magnet synchronous motor ( PM S M ) ; constant - power field - weakening speed expansion; fi2 nite element method ( FEM ) ; ANSOFT
永磁同步电机弱磁扩速
永磁同步电机弱磁扩速
永磁同步电机（PMSM）弱磁扩速是指在保证电压平衡的条件下，通过减小磁通强度，使电机在额定转速以上运行，从而拓宽调速范围。
这一控制方法源于他励直流电动机的调磁控制。
弱磁扩速原理如下：1.当电机的端电压达到最大值后，无法通过调压调速继续提高转速。
此时，只能通过降低电动机的励磁电流，从而降低励磁磁通，实现电机速度的提升。
2.永磁同步电机的励磁磁通由永磁体提供，磁通是恒定不变的。
要降低磁通强度，只能通过增大定子电流的去磁分量来削弱气隙磁通。
3.在dq轴坐标系下，通过给id一个负电流，来削弱永磁体磁链，使得反电动势下降，从而继续提高转速。
4.电压极限环和电流极限环的概念：
电压极限环：电机稳定运行时，电压必须处于一个椭圆环内部。
超过这个环，电机将不稳定。
电流极限环：电机允许运行的最大电流或逆变器所允许的最大运行电流定额。
实现永磁同步电机弱磁扩速的方法：
1.调整逆变器电压和电流，使电机运行在电压极限环和电流极限环之间。
2.通过调节id和iq电流分量，实现在保证电压平衡的条件下提高电机转速。
增大id电流分量，从而实现弱磁扩速。
3.采用弱磁控制算法，如模糊控制、神经网络控制、预测控制等，优化电机控制性能。
总之，永磁同步电机弱磁扩速是通过调整磁通强度，在满足电压和电流限制条件下，提高电机转速，从而拓宽调速范围。
这一技术在新能源汽车、混合动力电动汽车等领域具有广泛应用价值。
永磁同步电机弱磁
永磁同步电机弱磁永磁同步电机是一种具有高效率和高功率密度的电机，它的性能与磁场有着密不可分的关系。
在永磁同步电机中，磁场强度的变化对其运行特性有着重要的影响。
本文将从永磁同步电机弱磁的角度出发，探讨其对电机性能的影响。
我们来了解一下永磁同步电机的基本原理。
永磁同步电机是利用永磁体产生的磁场与定子绕组中的磁场相互作用，从而实现转矩输出的电机。
永磁体产生的磁场称为永磁场，它的强度对电机的性能至关重要。
当永磁同步电机处于弱磁状态时，其磁场强度较低。
这会导致电机的输出转矩减小，使得电机的负载能力下降。
在一些对电机负载要求较高的应用中，如电动汽车和工业生产线等，弱磁状态的永磁同步电机可能无法满足需求。
弱磁状态下的永磁同步电机还会面临励磁不足的问题。
电机的励磁是通过直流电源向永磁体供电来实现的。
当磁场强度较低时，电机的励磁效果会减弱，从而影响电机的工作效率和稳定性。
这可能导致电机发热增加、效率降低、噪音增加等问题。
为了解决永磁同步电机弱磁问题，可以采取以下措施。
首先，可以通过提高永磁体的磁场强度来增加电机的输出转矩。
这可以通过增加永磁体的磁通密度或改变磁体的磁性材料来实现。
其次，可以改善电机的励磁系统，提高励磁效果。
可以采用更高效的励磁装置，调整励磁电流或优化励磁控制策略等方法来增加磁场强度。
除了以上的措施，还可以采用磁场定向控制技术来改善永磁同步电机的性能。
磁场定向控制是通过对电机的磁场进行精确控制，使其与电机的转子位置和负载需求相匹配。
这可以实现电机的高效率工作和精确控制。
永磁同步电机的弱磁状态会对其性能产生不利影响。
为了克服这一问题，可以采取一系列的措施，如提高永磁体的磁场强度、改善励磁系统、采用磁场定向控制技术等。
这些措施可以提高电机的输出转矩、工作效率和稳定性，使其更好地满足各种应用需求。
永磁同步电动机弱磁控制方法研究
永磁同步电动机弱磁控制方法研究
永磁同步电动机是一种高效、高功率密度的电动机，具有广泛的应用前景。
然而，在低速和负载突变情况下，永磁同步电动机容易出现弱磁问题，导致性能下降甚至无法正常工作。
因此，研究永磁同步电动机的弱磁控制方法具有重要意义。
首先，弱磁控制方法的研究需要充分了解永磁同步电动机的工作原理和特性。
永磁同步电动机由永磁体和同步电机部分组成，通过控制电流和磁场来实现电动机的运行。
在弱磁情况下，电机的磁场强度不足，导致输出扭矩下降。
针对永磁同步电动机弱磁问题，研究者提出了多种解决方案。
一种常用的方法是增加励磁电流来增强磁场强度，但这样会增加功耗和成本。
另一种方法是通过优化控制策略来减小弱磁对电机性能的影响。
在控制策略方面，研究者提出了磁场观测器和自适应控制算法等方法。
磁场观测器通过测量电机终端电压和电流来估计电机磁场，从而实现对弱磁的实时监测和控制。
自适应控制算法则根据电机的工作状态和负载情况来调整控制参数，以提高电机的响应速度和稳定性。
此外，还有一些新兴的弱磁控制方法值得关注。
比如，基于神经网络的控制方法可以通过学习电机的非线性特性来提高电机
的弱磁控制性能。
另外，基于模型预测控制的方法可以通过建立电机的数学模型来预测电机的动态响应，并根据预测结果进行控制。
综上所述，永磁同步电动机的弱磁控制方法研究具有重要意义。
通过合理选择控制策略和优化控制参数，可以有效解决永磁同步电动机的弱磁问题，提高电机的性能和可靠性。
未来的研究可以进一步探索新的控制方法和技术，以适应不同工况和应用场景的需求。
永磁同步电机的弱磁控制策略研究
永磁同步电机的弱磁控制策略研究永磁同步电机是一种高性能、高效率的电机，在诸多应用场合得到广泛应用。
然而，在实际运行过程中，电机可能会遭遇各种干扰，影响其稳定性和性能，其中之一就是弱磁现象。
为了解决这个问题，研究人员提出了一种弱磁控制策略，本文将对其进行探讨。
弱磁现象通常是指永磁同步电机在低速和低电流状态下出现的饱和现象。
在这种情况下，磁场强度会变得很弱，导致电机输出扭矩下降、震荡严重等问题。
针对这种情况，研究人员提出了一种基于改进控制器的弱磁控制策略。
首先，研究人员针对永磁同步电机建立了数学模型，并对其进行了分析和研究。
接着，他们提出了一种基于比例-积分-微分（PID）算法的控制器，并对其参数进行了优化和调整，使得该控制器能够稳定控制电机，避免弱磁现象的发生。
具体来说，这种控制策略的优点在于其可以实现对电机磁场和电流的联合控制，有效避免了电机出现弱磁现象的可能。
其控制器能实时监测电机转速和电流等信息，并根据情况调整控制参数，以确保电机在各种工作条件下的高效运行。
此外，该控制策略还具有实现简单、成本低、易于实践等优点。
采用该策略进行永磁同步电机控制，既可提高电机稳定性和性能，又可降低系统成本和维护难度。
总之，永磁同步电机的弱磁控制策略是一种值得研究和应用的新技术。
它能够有效解决弱磁现象所带来的问题，为电机的高效稳定运行提供了保障。
随着该技术的逐步普及和完善，永磁同步电机的应用将会更加广泛，为建设智能化、绿色、可持续的社会作出更大的贡献。
此外，弱磁控制策略还有一些具体的应用。
例如，在风力发电领域，采用永磁同步电机作为发电机时，由于叶片转速低、扭矩小，往往容易出现弱磁现象。
而采用弱磁控制策略，则可以有效地解决这个问题。
另外，在新能源汽车领域，永磁同步电机也得到了广泛应用。
采用弱磁控制策略，不仅可以提高电动汽车的效率和续航里程，还可以提高其稳定性和安全性，有利于保障行车安全。
同时，弱磁控制策略的研究也面临一些挑战。
永磁同步直线电机弱磁调速时的设计
永磁同步直线电机弱磁调速时的设计
摘要：从凸极率角度出发，对内部磁极结构电机提出了新的设计方法。
为使电机的特性具有可比性，假设电机均运行于相同的基值点，并采取相同的控制策略。
着重研究了凸极率（l[sub]d[/sub]/l[sub]q[/sub]）对电机最大可能速度、逆变器功率（vA）和电流控制特性的影响。
所得结论对电机及其驱动系统的选择和设计有积极的参考指导作用。
关键词：内部磁极；永磁同步直线电机；凸极率；弱磁
永磁同步直线电机可以用弱磁技术拓宽调速范围．根据永磁体的安装位置不同永磁电机分为表面磁极和内部磁极两类电机，表面磁极的凸极率l[sub]d[/sub]/l[sub]q[/sub]=1，内部磁极的凸极率l[sub]d[/sub]/l[sub]q[/sub]<1
1 永磁同步直线电机稳定运行状态
为了简化分析，对永磁同步直线电机作如下假设：a．忽略电枢电阻；b．铁磁体的磁导率趋于无穷，不考虑磁场的饱和效应；c．忽略铁耗；d．不考虑电枢电流对永磁体的去磁作用，永磁体有适当的矫顽力；e忽略摩擦力．
为便于比较，所有数据都采用标么值形式，标么值基值定义如下：电压基值v[sub]b[/sub]为逆变器最大电压；推力基值f[sub]b[/sub]为当电机电压等于v[sub]b[/sub]并且电流控制角能够产生单位最大推力时的电机推力；角速度基值w[sub]b[/sub]为推力等于f[sub]b[/sub]时的电角速度（假设有相同的负载标么值），其他量的标么值基值由下列式子计算得到：
[b][align=center]详细内容请点击：
永磁同步直线电机弱磁调速时的设计[/align][/b]。
电动汽车永磁同步电动机弱磁调速研究报告
摘要本文围绕电动汽车用永磁同步电动机(PMSM)调速系统展开工作，主要从控制角度研究扩展PMSM的调速范围。
永磁同步电动机具有体积小、效率高以及功率密度大等优点，特别是内置式PMSM具有较宽的弱磁调速能力。
上个世纪80年代以来，随着稀土永磁材料性价比的不断提高，以及电力电子器件的快速发展，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。
矢量控制理论是交流调速领域的一个重大突破。
本论文详细讨论了永磁同步电动机的矢量控制，在推导其精确数学模型的基础上，分析了永磁同步电动机的几种矢量控制策略，包括了i d=0控制、cosφ=1控制以及最大转矩/电流控制方式。
弱磁控制是永磁同步电动机矢量控制的前沿课题。
论文分析了永磁同步电动机弱磁调速原理，提出了三种特殊转子结构的新弱磁方案。
本文还围绕电动汽车用永磁同步电动机调速系统的硬件开发展开工作。
以TI公司专用于电机控制的TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP)作为核心，开发了全数字化的PMSM矢量控制调速系统，并完成相应的系统硬件设计。
最后对所设计的电动汽车用永磁同步电动机驱动系统进行了初步的实验验证，表明采用本文所提出的全速范围弱磁控制算法具有较快的动态响应速度，可以满足调速系统弱磁性能要求。
关键词：永磁同步电动机；矢量控制；弱磁控制；控制器AbstractThis dissertation is devoted to the study on Permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive system for electric vehicle (EV) application. It is mainly to improve the control of motors, then expand the scope of the motor speed. PMSM has the advantage of small volume, high efficiency and power density, especially inner permanent magnet synchronous motor have the ability of wide field-weakened operation. Therefore there search on PMSM has entered a new s tage since the 1980’s with the improvement of ratio between the performance and the price of the rare earths PM material and the development of the power electronics devices. Vector control (VC) theory is a great breakthrough in the AC speed control field. Also details of the VC of PMSM is presented in the paper，and the analysis of several circuitcontrol strategies of VC theory applied to the PMSM control ，which include the i d =0 control ，cosφ =1 control and the max torque/current control. The paper discusses the theory of weaking flux speed control of PMSM which is a new development direction. Then it brings out three new weaking flux plans ，which have special rotor structures. This dissertation is devoted to the study of hardware on PMSM drive system for EV application. Based on TI company DSP special-designed for motor control on TMS320LF2407A designs and develops a full-digital PMSM vector control system, and hardware of the system is accomplished. Finally, the experiment has been done for the drive which design in the paper. Result of the experiment indicate validity of the field-weakening method which introduced in the paper.Key word : PMSM Vector control field-weakened operation controller目 录1 绪论 ·······························································································1.1 课题背景及意义 ········································································1.2电动汽车的发展现状及趋势 ··························································1.2.1 国内外主要国家电动汽车发展情况 ·········································1.2.2 电动汽车的发展趋势 ···························································1.3 永磁同步电动机弱磁控制研究现状 ·············································································································································· ······························································································1.4 课题主要工作 ··········································································· 2 电动汽车永磁同步电动机弱磁调速控制策略分析 ·····································2.1 永磁同步电动及数学模型 ····························································2.2 永磁同步电动机矢量控制原理 ······················································2.3 永磁同步电动机矢量控制基本电磁关系 ··········································2.3.1 电压极限椭圆 ····································································2.3.2 电流极限圆 ·······································································2.3.3 恒转矩轨迹 ·······································································2.3.4 最大转矩/电流轨迹 ·····························································2.4 永磁同步电动电流控制策略 ·························································2.4.1 i d =0控制 ·········································································2.4.2 1cos =ϕ控制 ···································································2.4.3 最大转矩/电流控制 ····························································· ······························································································2.5 永磁同步电动机的弱磁控制 ·························································2.5.1 永磁同步电动机弱磁控制的基本原理 ······································2.5.2 最大输入功率弱磁控制························································2.5.3 永磁同步电动机弱磁扩速能力的提高······································2.5.4 永磁同步电动机弱磁扩速困难原因分析···································2.5.5 永磁同步电动机弱磁扩速方案···············································2.6 本章小结 ·················································································3 电动汽车用永磁同步电动机的DSP控制················································3.2电动汽车电机调速系统主电路设计·················································3.3 基于TMS320LF2407A DSP的电动汽车电机调速系统控制电路设计······3.3.1 速度给定模块 ····································································3.3.2 电机相电流检测电路···························································3.3.3 位置检测接口电路······························································3.3.4 PWM信号输出及动作保护电路··············································3.4 软件控制简要说明 ·····································································3.5 转子位置与速度检测 ··································································3.5.1 转子位置检测 ····································································3.5.2 转子速度检测 ····································································3.5.3 最小和最大转速计算···························································1 绪论1.1 课题背景及意义汽车自1866年诞生以来，应用越来越广泛，技术不断发展，已经成为衡量一个国家物质生活和科学技术发展水平的重要标志，汽车工业己经成为世界经济和各国经济发展的支柱产业。
永磁同步电机弱磁控制方法综述
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永磁同步电机弱磁控制方法摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点,在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。
永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求,对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。
本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。
基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。
关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机;矢量控制The Field Weakening Control Strategy of Permanent MagnetSynchronous MotorAbstract：PMSM because of its high power density，high reliability and high efficiency characteristics，at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range 。
And because of its salient pole effect，it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper，the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method，gradient descent method，current angle method，single current regulator method that is used commonly at present，analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects 。
永磁同步电机弱磁调速
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载永磁同步电机弱磁调速地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告专业：电气工程及其自动化学生姓名：学生学号:学生班号:摘要本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。
稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。
由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。
这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。
本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。
分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。
并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。
仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。
关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模目录目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc468719910" 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 PAGEREF _Toc468719910 \h 1HYPERLINK \l "_Toc468719911" 一、研究的问题 PAGEREF_Toc468719911 \h 4HYPERLINK \l "_Toc468719912" 二、研究方法 PAGEREF_Toc468719912 \h 5HYPERLINK \l "_Toc468719913" 2.1 永磁电机的数学模型 PAGEREF _Toc468719913 \h 5HYPERLINK \l "_Toc468719914" 2.2弱磁调速原理 PAGEREF_Toc468719914 \h 6HYPERLINK \l "_Toc468719915" 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 PAGEREF _Toc468719915 \h 7HYPERLINK \l "_Toc468719916" 2.4 仿真结果 PAGEREF_Toc468719916 \h 11HYPERLINK \l "_Toc468719917" 三、解决效果 PAGEREF_Toc468719917 \h 12HYPERLINK \l "_Toc468719918" 3.1 结论 PAGEREF_Toc468719918 \h 12HYPERLINK \l "_Toc468719919" 3.2感悟与体会 PAGEREF_Toc468719919 \h 12前言本次阅读文献报告的主要课题是研究对内置式永磁同步电机弱磁调速控制的研究，报告内容主要来自等，在写作过程中也参考了一些关于永磁同步电机弱磁调速控制方法设计以及弱磁性能研究等方面的资料现在从关注的问题、所用的研究方法及关注问题解决的效果三个方面来阐述报告内容。
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㈣”’
给定某一电角速度∞，令式（１）中的电压矢量幅
值等于电压极限值，联立求解
ｆ∞（Ｌｑｉｑ）２＋（￡ｄｉｄ＋沙ｆ）２
ｉ厅砰：“。
∞’
将求解得到Байду номын сангаасｉ。、ｉ。代人电磁转矩公式（４），则
计算出的ｔ。为对应给定电角速度∞且满足式（５）约 束条件时通过弱磁扩速所能获得的最大电磁转矩。
·Ｚ矗·
永磁同步电机从恒转矩到恒功率的整个运行过 程中，需要动态地调节定子电流，交、直轴电流分 量的变化会引起相应交、直轴磁路饱和程度的变化， 进而使电感参数呈现非线性。因此要在设计中准确 地核算电机性能以及建立较精确的仿真模型，都需 要考虑磁路饱和对电感参数的影响。
小，从而进一步减小电磁转矩。所以过度地减小沙，
和增大厶并不是一定能扩展电机的恒功率运行范
围。还可能导致电机的过载能力下降。因此在设计
弱磁调速用永磁同步电机时，要综合考虑电机性能，
确定最佳的电机结构尺寸以获得合理的参数匹配。
２两种转子结构电机的弱磁扩速性能
比较
永磁同步电机的弱磁扩速性能与其转子永磁体 结构密切相关。与表贴式永磁体结构相比，内置式 结构的电机其气隙可以设计得较小，同时可以充分
图ｌ 内置式永磁体电机结构示意图
桥
图２分段式永磁体转子结构电机示意图 另一方面，从ｄ轴磁路的磁阻来讲，图１所示 不分段永磁体结构的直轴磁路主要由永磁体和气隙 组成，由于永磁体的磁导率很小，与气隙相当，所 以ｄ轴磁阻较大。而在图２所示分段式永磁体结构 中，两段永磁体之间的铁桥为铁磁材料，因此铁桥
·１７·
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｒｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｒｔ ７ １ ００４９，Ｃｈｉｎａ； （２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｒａｐｉｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００４９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅａｌｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｗｏ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｐｅｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒ－
的存在使直轴磁路的磁阻减小。所以在其它结构尺 寸相同的情况下，采用分段式永磁体结构可以获得
更大的直轴电感也。根据本文第ｌ节的分析，较大
的厶将使电机获得较大的线。，但同时又会因为凸
极率的降低使电磁转矩减小。
若此时的Ｌ。与∞的乘积大于额定电磁功率，则继续 增大∞，直至找到保持恒功率运行的最大∞，从而 确定电机的弱磁扩速范围。
生的气隙磁链，从而达到弱磁的目的。但永磁磁链 的减小可能导致电机过载能力下降。文献［３］进一 步探讨了分段式永磁体结构中铁桥的位置和宽度对 ·电机弱磁扩速性能的影响。本文基于一台已有表贴 式样机的定子结构尺寸，设计了两台３．Ｉ ｋＷ的内置 式永磁同步电动机，样机转子分别采用永磁体分段 与不分段两种结构形式。
关。从电机设计角度，在保持逆变器输出电压最大
值不变的情况下，可以通过减小永磁磁链砂，或增大
ｄ轴电感乙获得更大的聪。。，提高电机的弱磁扩速
能力。但是由电机的电磁转矩表达式
ｔ。＝ｐ［砂ｆｉ。＋（￡ｄ一￡。）ｉｆｉ，］
（４）
可以看出，减小永磁磁链砂，将使电磁转矩减
小，而增大乙导致电机凸极率下降使磁阻转矩减
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ
ｍａｉｎｌｙ ｅｘｉｓｔｓ ｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｔｏｒｑｕｅ ｏｐｅｒｑｔｉｏｎ ａｎｄ ｈａｓ ｌｅｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｆｌｕｘ·ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｎｅ ｍｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｍａｇｎｅｔｓ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒ０１． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｐｅｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；Ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｍａｇｎｅｔ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ；
在面坐标系中，当永磁同步电机高速稳定运行 时，忽略定子电阻，电动机的电压矢量幅值可以表 示为
ｕ＝∞√（Ｌｑｉ。）２＋（￡ｄｉｄ＋砂ｆ）。
（１）
其中∞为电机的电角速度，砂，为永磁体磁链。
由式（１）可以得到电机的机械角速度计算公式为
ｎ：—＿＝＝＝二ｕ；＝＝； （２） Ｐ√（沙ｆ＋Ｌｄｉｄ）２＋（Ｌｑｉ。）２
式中，Ｐ为电机极对数。 调速运行时，电机南驱动器供电，电机电压受逆
变器输出电压最大值的限制。当电机的端电压和电流均
达到最大值，且定子电流全部为直轴去磁电流分量时，
电动机可以达到的理想最ｆ寄机械角速度为
＾
ⅡＩｉｍ
，一Ｉ、
１‰２瓦Ｆｉ万
‘ｊ）
其中Ｕ｜ｉｍ为电压极限值。可见，电机的弱磁扩速
性能与永磁磁链砂，以及ｄ、ｑ轴电感ｋ、￡。密切相
（１．西安交通大学电气工程学院，西安７１００４９；２．快速制造国家工程研究中心，西安７１００４９）
摘要：在分析电机参数对弱磁调速性能影响的基础上，讨论了两种转子结构形式的内置式永磁同步电机设计。采
用磁场有限元分析方法计算转子永磁体分段与不分段两种结构形式电机的电感参数，并基于理论公式计算比较它们
的弱磁扩速性能。分析磁路饱和引起的电感参数非线性，讨论分段式永磁体结构中铁桥的存在对磁路饱和以及电机
额定电压／Ｖ 额定转速／ｒ·ｍｉｎ。１ 定子槽数 气隙／ｍｍ
１９０ ２０００
３６ ０．７
永磁体尺寸／ｒａｍ２
ｄ轴同步电影ｍＨ 定子电影Ｑ
５×４０ ４．５９６ ０．２５３
永磁磁链／Ｗｂ ｑ轴同步电感／ｍＨ
０．１８６２ １０．３９
对于图２所示永磁体分段式转子结构，由于无
法直接利用Ａｎｓｏｆｔ／ＲＭｘｐｒｔ软件设计，因此本文基于 不分段式转子的基本设计尺寸，并考虑到永磁体分 段对电机参数和性能的影响，初步确定转子铁桥尺
万方数据
弱磁调速用永磁同步电机设计分析孙慧芳。等
数的非线性，并进一步计算比较两种转子结构电机 的弱磁扩速性能，为弱磁调速用永磁同步电机的合 理设计提供一定的理论依据。
１ 电机参数对弱磁调速性能的影响
永磁同步电机弱磁控制的思想来自于他励直流 电动机的弱磁调速，在他励直流电动机中，通过减 小励磁电流即可达到弱磁调速的目的。但是永磁同 步电机的转子永磁体励磁磁势无法调节，所以只有 通过调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量 来削弱电机的气隙磁场，实现弱磁调速。
墼皇垫．．．．．．．．．．．．．．一．．．．．．．．．．．．．．．．．—蘸譬粤ｌｏ，第４３孝第ｊ２蛹二潮 ●＿＿＿Ｍ－－ｍｑ－＿＿－■－■＿■Ｉ●Ｉ＿■■■＿■＿■■■＿＿＿■■Ｉ●＿－＿Ｉｌ■＿■－ｌ●－■●●■■■＿■■■＿＿－ｌ＿－■■■ｌｌ＿■＿＿Ｉ－－●＿＿●●■口ⅫＨ№ｋ ｊ－
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万方数据
利用ｄ、ｑ轴磁路的不对称所产生的磁阻转矩，因此 内置式电机有更好的弱磁扩速能力。
一般的内置式电机结构示意图如图１所示，这 种转子结构不能直接减小永磁体本身产生的气隙磁 场，弱磁调速是通过在定子绕组中施加直轴去磁电 流，靠电枢反应削弱气隙磁场。文献［２］提出了一 种分段式永磁体转子结构用于弱磁调速，其电机结 构示意图如图２所示，转子永磁体崩铁桥分割成两 段或更多段。当电机恒转矩运行时，永磁体磁势使 铁桥处于饱和状态，因此产生的漏磁很少。但是当 电机进入弱磁调速区域，定子绕组中的直轴去磁电 流产生的电枢反应将使铁桥的饱和程度降低，此时， 一部分永磁磁通会通过铁桥产生漏磁，从而减小永 磁体本身产生的气隙主磁通。因此对于分段式永磁 体结构的电机来讲，定子直轴去磁电枢反应不仅能 抵消永磁体产生的气隙磁通，而且能通过降低铁桥 饱和度来增加永磁体漏磁，从而直接减小永磁体产 生的气隙磁通。因此采用分段式永磁体结构的电机 更有利于弱磁扩速。
构尺寸、电磁参数以及空载和额定运行性能，然后
根据电机参数用理论公式核算电机的弱磁调速性能，
经多次试算得到同时满足电机额定运行性能和弱磁
调速性能的设计方案。表ｌ给出了电机的主要结构
尺寸和设计参数。 表１ 内置式电机主要结构尺寸和参数
额定功率／ｋｗ
额定电渺Ａ
极对数
定子内彬ｎｌｌｎ
３．１ １１．９３
６ １０４
ｅｎｔ ｒｏｔｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒ０１．Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｍａｇｎｅｔ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｎｏｎ—ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｒｏｔｏｒ ｗｅｒｅ ｂｏｔｈ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｆｉｅｌｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｏｌ—
ｌｏｗｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａｓ．Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｎｏｎｌｉｎ— ｅａｒｉｔｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｆｉｅｌｄ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｓｅｄ．ｎｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｒｏｎ ｂｒｉｄｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｇｎｅｔ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｏｎ ｆｉｅｌｄ
Ｆｉｅｌｄ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
Ｏ 引言
永磁同步电机具有高功率密度、高转矩一惯量 比、高效率和高功率因数等优点，随着高性能永磁 材料成本的降低，永磁同步电机在数控机床、电动 汽车、Ｔ业机器人、航空航天以及雷达天线等驱动 和伺服系统中的应用越来越广泛…。