【正文】 轉(zhuǎn)子復(fù)合式 永磁同步電動機(jī)恰恰能滿足這個要求，磁阻段設(shè)計(jì)保證有一個大的 qd XX 。 (1) 轉(zhuǎn)子復(fù)合式永磁同步電動機(jī)弱磁方案 這種弱磁方案的定子 結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的永磁同步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)相同，轉(zhuǎn)子采用復(fù)合式結(jié)構(gòu) ——永磁段轉(zhuǎn)子 +磁阻段轉(zhuǎn)子 ，兩者之間有間隙，以防止漏磁 。用電勢關(guān)系表述即為 : Nd IXE ??0 () 所以，普通永磁同步電機(jī)不滿足產(chǎn)生寬廣恒功率弱磁調(diào) 速范圍的條件式 ()和式 ()。 圖 轉(zhuǎn)折速度與 ξ、 ρ 的關(guān)系 圖 弱磁擴(kuò)速倍數(shù)與 ξ、 ρ 的關(guān)系 永磁同步電動機(jī)弱磁擴(kuò)速困難原因分析 上述永磁同步電動機(jī)的弱磁擴(kuò)速都是從理論上進(jìn)行分析的，實(shí)際上永磁同步電動機(jī)是難于弱磁擴(kuò)速度的，原因就在于其磁路結(jié)構(gòu)的特殊性。由于最高轉(zhuǎn)速與凸極率無關(guān)，因此增加電動機(jī)的凸極率可明顯提高電動機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力。電動機(jī)超過某一轉(zhuǎn)速后，在任一給定轉(zhuǎn)速下，在電動機(jī)電壓軌跡橢圓軌跡上存在著一點(diǎn)，該點(diǎn)所表示的定子電流矢量使電動機(jī)輸入的功率最大，相應(yīng)地輸出功率也最大。圖中， A 點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為 Tem1，為電動機(jī)在轉(zhuǎn)速 ω1 時可輸出的最大轉(zhuǎn)矩 (電壓和電流均達(dá)到了極限值，故 ω1 即為電動機(jī)最大恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時的轉(zhuǎn)折速度 )。在不打破電流限制 limIIs ? 的情況下，能夠獲得寬廣的弱磁范圍的條件是，直軸電流為 Ilim 時的直軸電樞反應(yīng)去磁磁通能夠完全消弱磁通 (指基波分量 )。另外， 由于電動機(jī)相電流也有一定的限制，增加直軸去磁電流分量而同時保證電樞電流不超過電流極限值，交軸電流的分量就相應(yīng)減小。 措施 2：使電樞電流的交軸分量 iq 逐漸減小，從而減小其電樞反映的助磁作用及氣隙合成磁場 (這是一種等效弱磁 )，這種弱磁能力的大小與交軸電感 iq 成正比。 與電勵磁的同步電動機(jī)不同，永磁同步電動機(jī)的勵磁磁動勢因由永磁體產(chǎn)生而無法調(diào)節(jié)，只有通過調(diào)節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁電流分量來維持高速運(yùn)行時電壓的平衡，達(dá)到弱磁擴(kuò)速的目的。 永磁同步電動機(jī)的弱磁控制 永磁同步電動機(jī)弱磁控制的基本原理 永磁同步電動機(jī)弱磁控制的思想來源于他勵直流電動機(jī)的調(diào)磁控制。 （ 3） 最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制策略可以是電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足一定要求的條件下，逆變器的輸出電流最小，這有利于逆變器的功率開關(guān)器件的工作，減小了電機(jī)的銅耗。 圖 定子電流矢量軌跡 聯(lián)立式（ ）和式（ ），可以得到電動機(jī)采用最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制 且電流達(dá)到極限值時（即最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡與電流極限圓相交時）電動機(jī)的直、交軸 電流為 ????????????????22l i m2l i m22)(4)(8dqqdqdffdiiiLLiLLi? () 當(dāng)電動機(jī)的端電壓和電流均達(dá)到極限值式，由上式和電壓方程可推導(dǎo)出此時di qi 電流極限圓 電壓極限圓 最大功率輸出軌跡 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 1A 1? 3? o 4A 3A 電壓極限橢圓 軌跡最大功率輸出 電流極限圓 1A 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 di qi 1? 3? 3A 4A o 電動機(jī)的轉(zhuǎn)折速度 )(168)()( 222l i ml i mqddfqdfqbLLCLCLLiLpu????????? () 式中 2l i m22 )(8 iLLC qdff ?????? ? （ 1） id=0 控制是一種最簡單的控制方法，該方法無去磁效應(yīng)，控制算法簡單， 電磁轉(zhuǎn)矩與定 子電流成正比。 圖 最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制時 PMSM 定子電流與電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系曲線 a)交、直軸電流與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 b)定子電流與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 圖 電流與轉(zhuǎn)矩的影響 圖 因數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡方程與電流圓交與 A 點(diǎn)（圖 ），通過 A 點(diǎn)的電壓極限橢圓所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 ω1。最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制的控制算法是根據(jù)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程，滿足定子電流的條件極值下導(dǎo)出。當(dāng)定子電流從 0 開始增大時，輸出電磁轉(zhuǎn)矩也隨之增大；當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值*maxemT 時，對應(yīng)的定子電流的幅值為 *maxsi ，過了點(diǎn) *maxemT 后，電磁轉(zhuǎn)矩將隨定子電流的增大而減小。電動機(jī) 可達(dá)到的最搞電壓越大，輸出轉(zhuǎn)矩越小，則最高轉(zhuǎn)速越高。另外，該方法沒有電樞反應(yīng)對永磁同步電動機(jī)的去磁問題，而且電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行期間都具有較高的效率和較高的功率因數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大時，與電流平方成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩要比與電流呈線性關(guān)系的用磁轉(zhuǎn)矩增加得更快，故最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡越來越偏離 q 軸。把產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)矩值所需要的最小電流點(diǎn)連接起來，就形成了電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡，見圖 。 1 2 3 1 2 3 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 *di Tem*= Tem*= 圖 永磁同步電動機(jī)恒轉(zhuǎn)矩軌跡 圖 在 *di 、 *qi 平面上給出了一組轉(zhuǎn)矩標(biāo) 么值各不相同的轉(zhuǎn)矩曲線。 電流極限圓 電動 機(jī)的電流軌跡方程為 2lim22 iii qd ?? () 式 中， limlim 3Ii ? ， Ilim 為電動機(jī)可以達(dá)到的最大相電流基波有效值，式 ()表示的電流矢量軌跡為一以 idiq 平面上坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的圓 (示于圖 中 )。 電壓極限橢圓 電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，電壓矢量的幅值 22 qd uuu ?? () 將式 ()代入上式，可得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時電動機(jī)的電壓方程 210212121)()()()(qdddqqqfdddqqiReiXiRiXiRiLiRiLu???????????? ???? () 由于電動機(jī)一般運(yùn)行于較高的轉(zhuǎn)速，電阻遠(yuǎn)小于電抗，因此電阻上的電壓降 可以忽略不計(jì)，上式可簡化為 20222)()()()(eiXiXiLiLuddqqfddqq??????? ???? () 以 ulim 代替上式中的 u，有 2l im22 )()()( ?? uiLiL fddqq ??? () 圖 電壓極限橢圓和電流極限圓 當(dāng) qd LL ? 時，上式是一個橢圓方程，當(dāng) Ld=Lq 時（即電動機(jī)為表面突出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)），上式是一個以 ( df L?? ， 0)為圓心的圓方程，下面以 qd LL ?為例進(jìn)行分析。通過電流控制環(huán)，可以使電動機(jī)實(shí)際輸入三相 電流 iA、 iB、 iC 與給定的指令值 *Ai 、 *Bi 、 *Ci 一致，從而實(shí)現(xiàn)了對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。 失量控制實(shí)際上是對電動機(jī)定子電流矢量相位和幅值的控制。對于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的要求可歸納為：響應(yīng)快、精度高、脈動轉(zhuǎn)矩小、系統(tǒng)效率和功率因數(shù)高等。在內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的矢量控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同運(yùn)行區(qū)域，靈活有效地利用這個磁阻轉(zhuǎn)矩可以增加電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩或擴(kuò)大其調(diào)速的范圍。 電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩可表示為 as d q ? ? ? di si s? qi fi f? ? ? qi ? d q 0E di si sU dq Lji? ssRi dd Lji? ])([])([]2s i n)(21s i n[02qdqdqqdqdqfsqdsfmdiiXXiepiiLLipiLLiiLpT e m????????????? () 電壓可表示為 ??????????qfddqdqqdiRiLuiRiLu11??? () 相應(yīng)的輸入功率 12201 2s i n)(21s i n RiiXXieiuiuP ssqdsqqdd ?????? ?? () 電磁功率 qdqdqsqdsfmdememiiXXieiLLiiLppTP)(]2s i n)(21s i n[02???????? ??? () 為了推導(dǎo)方便，對 dq 坐標(biāo)系下的永磁同步電動機(jī)的方程標(biāo)么化，上標(biāo) *表示 標(biāo)么化以后的物理量。 經(jīng)過坐標(biāo)變換得到 永磁同步電動機(jī)在 dq 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 如下： 電壓方程 ???????????????????????????qqqdddqddqdqddiRdtdiRdtdiRdtduiRdtdu2222221100?? () 磁鏈方程 ?????????????????????qmqqqqfmddmddddqmqqqqfmddmddddiLiLiLiLiLiLiLiLiLiL22222222 () 電磁轉(zhuǎn)矩方程 )( qqddem iipT ???? () 機(jī)械運(yùn)動方程 ????? ?RTTdtdJ Lem () 式中 ， u ——電壓 ； i ——電流 ； ψ ——磁鏈 ； d、 q ——下標(biāo)，分別表示定子的 d、 q 軸分量 ； 2d、 2q ——下標(biāo)，分別表示轉(zhuǎn)子的 d、 q 軸分量 ； Lmd、 Lmq ——定、轉(zhuǎn)子間 d、 q 軸互感 ； Ld、 Lq ——定子繞組 d、 q 軸電感， Ld=Lmd+L1， Lq=Lmq+L1； L2d、 L2q ——轉(zhuǎn)子繞組 d、 q 軸電感， L2d=Lmd+L2， L2q=Lmq+L2； Ll、 L2 ——定、轉(zhuǎn)子漏電感 ； if ——永磁體的等效勵磁電流 (A)，當(dāng)不考慮溫度對永磁體的影響時，其值為一常數(shù)， mdff Li ?? ； f? ——永磁體產(chǎn)生的磁鏈 ，可由 ?0ef ?? 求取， e0 為空載反電動勢，其值為每相繞組反電動勢有效值的 3 倍，即 00 3Ee ? ； J ——轉(zhuǎn)動慣量 (包括轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載機(jī)械折算過來的轉(zhuǎn)動慣量 )； RΩ ——阻力系數(shù) ； TL ——負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ； P =d/dt—— 微分算子。 f? ——轉(zhuǎn)子永磁體磁極的勵磁磁鏈 。 CBA uuu 、 ——A、 B、 C 三相繞組電壓 。 2 電動汽車永磁同步電動機(jī)弱磁調(diào)速控制策略分析 永磁同步電動及數(shù)學(xué)模型 永磁同步電動機(jī)的定子與傳統(tǒng)的感應(yīng)電動機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本相同，有空間對稱分布的 A、 B、 C 三相繞組，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體，永磁體的勵磁磁場與定子繞組中電流產(chǎn)生電磁藕合作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。 （ 2） 研究永磁同步電動機(jī)矢量控制的幾種電流控制策略，對比其工作特性?？刂仆猸h(huán)的電壓可以確保電流調(diào)節(jié)器在任何工況下不至于飽和，從而取得較滿意的控制效果。 采 用電流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)永磁同步電動機(jī)的弱磁控制。 基于虛擬瞬時功率的弱磁控制方法。針對以上基本思想，許多學(xué)者致力于這方面的研