永磁同步電動機的弱磁擴速分析
尹華杰 （華南理工大學 廣州 510641）
林金銘 金振榮（華中理工大學）
【摘 要】介紹永磁同步電機的弱磁擴速原理以及弱磁擴速難的原因，評述國際上永磁同步電機弱磁擴速的方法和研究成果。指出將優化的控制方法和復合永磁轉子結構相結合的對策是****解決弱磁擴速的****選擇，并針對這種新型結構提出了尚需攻克的難點。
【敘 詞】永磁電機同步電動機弱磁調速／復合永磁轉子分析
1引言
近10年來，由于釹鐵硼(ndfeb)永磁材料的開發及性能的改善，永磁同步電機（包括無刷直流電機）轉矩密度越來越大，優點越來越突出，在要求“短、小、輕、薄”、高精度、寬調速范圍的許多驅動場合，得到了大量研究和應用。
然而，無刷直流電機勵磁不可調，根本無法在高速下進行恒功率運行。即使是由正弦波pwm逆變器驅動、利用電流相位控制消弱永磁場的永磁同步電機，在高速下的輸出功率也往往隨速度增加而迅速下降，無法獲得較為寬廣的高速恒功率調速范圍。永磁同步電機的這一缺陷嚴重限制了其進一步推廣和應用。
擴展永磁同步電機的高速范圍，擴大其輸出功率，已經成為電機研究中的一個重要課題，引起了國內外許多學者的興趣和關注。
2 永磁同步電機的弱磁擴速原理及弱磁擴速難的原因
永磁同步電機的擴速研究正在不斷取得進展．但即使是站在這一研究前沿的人．有些也對擴速的機理以及擴速難的原因缺乏本質的認識，影響了對永磁同步電機的擴速研究。
2.1弱磁擴速原理
和電勵磁同步電機不同，永磁同步電機的轉子勵磁固定不變，永磁場產生的反電勢和速度成正比，當電機端電壓隨轉速升高到逆變器能夠輸出的****電壓之后，繼續升高電機的速度，永磁同步電機將無法再作恒轉矩運行，而必須采取下述措施之一（或兼而用之），以維持電樞繞組的電勢平衡，從而獲得一個新的調速范圍。
措施1：對于可以進行電流相位控制的永磁同步電機．使直軸電流id≠o，并起去磁作用．以消弱永磁場（即所謂弱磁），且隨著速度的升高，起去磁作用的厶分量要不斷增加，電勢平衡才能繼續維持。這種弱磁能力的大小與電樞繞組的直軸電感厶成正比。
措施2：使電樞電流的交軸分量逐漸減小，從而減小其電樞反應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l成正比。要特別指出的是盡管這一等效弱磁措施能夠擴展電機恒轉矩調速范圍之外的凋速范圍（即弱磁范圍）．但它以犧牲恒轉矩淵速范圍和輸出轉矩為代價。因此，其能為的大小對電機的總調速范圍沒有多大影響。相反，隨著這種能力的增大恒轉矩范圍變窄，弱磁范圍變寬．電機總的調速范圍會有所減小．電機的輸出轉矩特性會越來越軟。
無刷直流電機只能采用弱磁措施2進行等效弱磁擴速。弱磁時．隨著速度的增加，電機的輸入電流、輸出功率都將迅速下降到零，因此無法作恒功率運行。
對于可以進行電流相位控制的永磁同步電機是同時采用措施1、2進行弱磁擴速的。弱磁時．隨著速度的增加，直軸電流ia不斷增加，而交軸電流不斷減小（直到零）。只要電流分量控制適當，就有可能獲得一個輸出恒定功率的調速范圍（即恒功率弱磁范圍）。在不打破電流限制的情況下．能夠獲得寬廣的弱磁范圍的條件是，贏軸電流的直軸電樞反應去磁磁通能夠完全消弱永磁通（指基波分量）。這時電機在理論上可以在任意的高速下進行弱磁運行．并輸出基本恒定的功率。這一條件可表述為：
式中，ec, xa是電機在單位速度下的反電勢和直軸電抗。電機能夠在寬廣的弱磁范圍內輸出盡可能大的功率的條件，直軸電樞反應去磁磁通能夠正好抵消永磁通，或表述為：
2.2永磁同步電機弱磁擴速難的原因
在永磁同步電機驅動系統中（這呈不包括無刷直流電機系統）．即使采用弱磁擴速措施．也常常達不到預期的擴速效果．高速下的輸出功率往往將隨速度 |
