采用超前角控制的永磁同步电机弱磁增速方法.pdf
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2023-11-21
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专 题 研 讨专 题 研 讨专 题 研 讨
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使用永磁同步电动机采用轴直联方式驱动的变频洗衣机，
取消了复杂的行星离合减速器和三角皮带等易损件，比普通洗
衣机具有整机重量轻、耗电量小，噪声低等特点，已经成为目前
洗衣机发展的趋势。洗衣机是一个典型的低速要求大转矩而高
速要求小转矩的系统，而且由于电动机采用轴直联方式驱动，要
求电动机需要有很宽的调速范围。选用正弦波的永磁同步电动
机可以减小洗衣机启动时低速下的转矩脉动，同时在高速时可
以采用弱磁增速的方法来拓宽调速范围。
*
弱磁控制的基本原理
永磁同步电动机弱磁控制的思想来自他励直流电动机的调
磁控制。当他励直流电动机电枢端电压达到最高电压时，为使电
动机能恒功率运行于更高的转速，应降低电动机的励磁电流，以
保证电压的平衡。换句话说，他励直流电动机可通过降低励磁电
流而弱磁增速。永磁同步电动机的励磁磁动势因由永磁体产生
而无法调节，只有通过调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流
分量来达到弱磁增速的目的。
永磁同步电动机的电压方程式在
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两相旋转坐标系下有
如下的表示方法
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式中
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分别为
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轴和
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轴的电枢电压分量；
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和
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分别为
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轴和
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轴的电枢电流分量；
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为电枢电阻，
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为电枢电感；
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为每对永磁磁铁的电枢磁链；
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为电动机转子角速度。
对永磁式同步电动机系统，通常可令
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轴的电枢电流
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为
零。稳态时，永磁式同步电动机的线电压为
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永磁式同步电动机的电枢电流由电压型变频器控制，其线
电压和电流最大值必须小于逆变器直流环节的电压和电流最大
值（
2
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和
3
,
），否则电枢电流难以控制
.40
。
所以有一个电流极限圆和一个电压极限圆
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随着电机转速
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的增大，
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减小，又因为
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为常数，
所以
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，将随
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的增大而减小。由上式可以发现，当电动机电
压达到逆变器所能输出的最高电压时。要想继续升高转速只有
靠调节
(
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和
(
#
来实现。增加电动机直轴去磁电流分量和减小交
轴电流分量，以维持电压平衡关系，都可得到“弱磁”效果，前者
“弱磁”能力与电动机直轴电感直接相关，后者与交轴电感相关。
由于电动机相电流也有一定极限，增加直轴去磁电流分量而同
时保证电枢电流不超过电流极限值，交轴电流分量就相应减小。
因此，一般是通过增加直轴去磁电流来实现弱磁增速的。
如图
/
所示表现出了不同
!
值的电压椭圆轨迹
.70
，处于
椭圆内的
(
!
，
(
#
值可以满足相应的
!
值。永磁同步电动机的运行
范围是受以满足电流极限椭圆和电压极限椭圆为条件限制的，
本文提出了一种基于超前角控制的永磁同步电动机弱磁增速的
方法，着重介绍了此方法在轴直联式变频洗衣机中的应用和算法实
践，并提供了系统硬件组成和软件编程设计思路。
$
周 韬
$
刘庆亮
采用超前角控制的永磁同步电机
弱磁增速方法
图
/
电流和电压矢量的限制
+*
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