弱磁控制原理与控制方法个人总结.pdf
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2021-03-17
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本文只是简单的叙述一下面贴式 PMSM 弱磁控制内容，而不做较深层次的分析，因为是
部分个人的见解，所以难免有错误或者不全面的地方，请大家指正，谢谢！
驹 QQ：422741349
1. 弱磁控制的原理与控制方法
由于逆变器直流侧电压达到最大值后会引起电流调节器的饱和，为了获得较宽的调速范
围，在基速以上高速运行时实现恒功率调速，需要对电动机进行弱磁控制。
PMSM 弱磁控制的思想源自他励直流电动机的调磁控制，当他励直流电动机端电压达
到最大电压时，只 能通过降低电动机的励磁电流，改变励磁磁通，在 保证电压平衡的条件下，
使电动机能恒功率运行于更高的转速。也就是说，他励直流电动机可以通过降低励磁电流达
到弱磁扩速的目的。对 于 PMSM 而言，励磁磁动势因永磁体产生而无法调节，只能通过调
节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡，达到弱磁扩速的
目的。
1.1. 永磁同步电动机矢量控制的电压、电流轨迹分析
在弱磁高性能调速时，在不同的工作区域内，由于控制规律的不同，为了获得最优的控
制效果，通常会选择不同的电流、电压矢量轨迹轨迹，因 此，非常有必要去分析了解此时的
电流、电压矢量轨迹。
1.1.1. 电压极限椭圆
受逆变器输出电压的限制，PMSM 稳定运行时，电压矢量幅值为：
2
lim
222
uuuu
qds
≤+= （1-1）
又知当 PMSM 稳定运行时，且忽略定子电阻压降的情况下，电压方程可以化简为：
+−=
−=
feddeq
qqed
iLu
iLu
ψωω
ω
（1-2）
将式 1-2 代入式 1-1 中可得：
2
lim
22
)/()()( ωψ uiLiL
fddqq
=++ （1-3）
式中 3/
lim dc
uu = 是定子端相电压，
dc
u 为直流母线电压。当
qd
LL ≠ 时，为一椭圆方程。
而当
qd
LL = 时，式 1-2 可化简得圆心在（
df
L/ψ− ，0）半径为 )/(
0lim
ωLu 的圆方程：
2
0lim
2
0
2
)]/([)/( ωψ LuLii
fdq
=++ （1-4）
以椭圆方程为例，当电流调节器饱和后，定子端相电压为
lim
uu
s
＝ ，此时转速
ω
下对应
的运行轨迹为式 1-3 示 dq 坐标系下的椭圆，并称其为转速
ω
下的电压极限椭圆。易知在一
定转速
ω
下，定子电流只能运行于该椭圆轨迹内。且随着转速
ω
的增大，电压极限椭圆会
逐渐缩小。
1.1.2. 电流极限圆
受逆变器输出电流和电机本身额定电流的限制，PMSM 稳定运行时，电流矢量幅值为：
2
lim
222
iiii
qds
≤+= （1-5）
由上式可以看出，电流矢量轨迹在 dq 坐标系下是以原点为圆心的圆，并称该圆为电流
极限圆，如图 1-1 所示。电动机稳定运行时，定子电流矢量既不能超过电压极限椭圆，也
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