永 磁 同 步 电 机 的 弱 磁 控 制 策略的仿真研究

1 引言

目前，弱磁控制是永磁同步电机研究的又一个热点。由于材料技术的发展，高剩磁密度

br

和高矫顽力

hc 的永磁材料应用于电机，电机在相当大的程度上已不怕电枢反应的去磁作用，

允许在直轴上流过较大的去磁电流。另一方面为了使电机运行于高速区，拓宽电机系统的调
速范围。在电压型逆变器驱动的电机系统中，电机端电压不可能提高的情况下，减弱电机磁
场使电机转速升高的方法

—弱磁控制，可以使电机运行在额定转速以上。在很多牵引和纺织

驱动应用场合中，需要恒功率控制和宽调速范围运行，因此，电机的弱磁控制日益倍受关
注。
2 电流控制器的饱和

对于逆变器供电的永磁同步电机，其电枢电流

ia 和端电压 ua 由于逆变器供给的最大电流和

最大电压的限制，存在如下的限制条件

:

　　　

 (1)

(2)
式中，

iam—逆变器供给的最大电流，uam—逆变器供给的最大电压。

从式

(1)可以看出，最大电流限制在 id-iq 平面，是以(0，0)为中心，大小固定的圆，称为电

流极限圆。最大的电压限制可以用以下方程表示

:

(3)
在

id-iq 平面上，随着电机转速的提高，最大电压极限是一簇不断缩小，以(-1，0)为中心的

椭圆，称为电压极限椭圆。电流矢量

ia 必须位于电流极限圆和电压极限椭圆中，否则电枢

电流不能跟随给定电流，永磁同步电机的调速性能将下降。在电机低速运行段，电压极限椭
圆较大，电流控制器输出电流能力主要受到电流极限圆的约束，限制了永磁同步电机低速
时的输出力矩。在高速运行段，电压极限椭圆不断缩小，电压极限椭圆成为逆变器输出约束
的主要方面，从而限制了永磁同步电机的调速运行范围。采用弱磁控制可以扩展永磁同步电
机的调速范围，在高速段避免电流控制器饱和，即提高高速运行时永磁同步电机矢量控制
系统的调速性能。
在永磁同步电机矢量控制系统中，正常转速运行范围内能够采用不同的电流控制策略，采
用这些电流控制方法时，随着电机转速的升高，电流控制器很快就会进入饱和。
3 永磁同步电机弱磁控制区域的确定

在电流控制器饱和时，必须采用弱磁控制策略，使输出电流能够跟踪给定电流，保证永磁