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摘 要

永磁同步电机具有较高的功率密度，较为宽广的调速范围，因此在很多方面得到了充分的运用。由于永磁体的磁势恒定，当转子转速达到转折速度，想要进一步扩速，可以采用削弱电机的气隙合成磁场，让电机的定子电压退出饱和状态，在极限电压下转子的转速得到进一步的增加，这就是弱磁扩速的实质。

永磁同步电机大体可以分为表面贴式和内置式两种电机模型。表面贴是通常交直轴的电感相等且相对较小，需要更大的控制电流进行弱磁控制，因此自身具有一定的极限性。内置式的交直轴电感一般不等且相对较大，进行弱磁控制较为便利。

本文主要通过对内置式永磁同步电机进行分析，得出其扩速的三个区域。当电机的转速低于转折速度时，按照MTPA方式分配电流，电机转子以恒转矩方式运行；转速达到转折速度，则通过超前角弱磁的方式进行弱磁升速，可以实现上述两个区域的平滑过渡，电机处于恒功率运行区域。而对于深度弱磁区域的存在与否，取决于电流极限圆和电压极限椭圆的位置关系，当电压极限椭圆的圆心处在电流极限圆的内部时候，电机可以沿着MTPV的轨迹进行进一步的弱磁扩速。整个扩速过程用到了矢量控制的思想，简单方便，易于分析与操作。

最后在matlab/simulink 平台进行了仿真验证，仿真结果说明了该控制策略可以平滑地衔接恒转矩与恒功率区域，证明该控制策略是有效的。

关键词：内置式永磁同步电机 最大转矩/电流 弱磁控制 超前角 矢量控制

Research on Flux-Weaking Field Control Technology of Permanent Magnet Motor

Abstract

Permanent magnet synchronous motor has a high power density, a wider range of speed, so in many ways has been fully used.As the magnetic potential of the permanent magnet is constant, when the rotor speed reaches the turning speed, if it is desired to further expand, the air gap synthesis magnetic field of the motor can be weakened, the stator voltage of the motor can be exited to saturation, and the rotational speed of the rotor at the limit voltage can be further Increase, this is the essence of weak magnetic expansion.

Permanent magnet synchronous motor can be divided into surface and inferior two motor models. The surface usually the cross-axis of the inductance is equal and relatively small, requires a larger control current for field weakening control, so itself has a certain degree of limit. inferior cross-axis inductance generally ranging from relatively large, for more field weakening control is more convenient.

This paper mainly through the inferior permanent magnet synchronous motor analysis, obtained its expansion of the three regions. When the motor speed is lower than the turning speed, according to the maximum torque per ampere distribution current, the motor rotor to run in constant torque; Speed to reach the turning speed, the way through the front of the field weakening magnetic field, you can achieve a smooth transition of the two areas, the motor is in constant power operation area. When the center of the voltage limit ellipse is inside the current limit circle, the motor can travel along the maximum torque per voltage for further weakening.

Finally, the simulation results are verified on the matlab / simulink platform. The simulation results show that the control strategy can smoothly connect the constant torque and constant power region, which proves that the control strategy is effective.

Keywords：Inferior permanent magnet synchronous motor;Maximum torque per ampere;

Flux-weakening control;Ahead of angle;Vector control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 永磁同步电机弱磁控制的研究背景及意义 1

1.2 控制理论的发展 1

1.3 弱磁控制研究的发展现状 2

1.4 研究思路和技术方法 4

第二章 永磁同步电机矢量控制 5

2.1 坐标变换 5

2.1.1 Clark变换 5

2.1.2 Park变换 6

2.2 永磁同步电机的数学模型 6

2.2.1 a,b,c坐标系下的数学模型 7

2.2.2 d,q坐标系下的数学模型 7

2.3永磁同步电机矢量控制原理 8

2.4永磁同步电机矢量控制策略 10

2.4.1控制 10

2.4.2最大转矩/电流控制(MTPA) 10

2.4.3弱磁控制 11

2.4.4最大转矩/电压控制(MTPV) 11

第三章 永磁同步电机弱磁控制 12

3.1永磁同步电机弱磁控制原理 12

3.1.1电压极限椭圆 12

3.1.2电流极限圆 13

3.2永磁同步电机的运行区域 14

3.3弱磁调速原理 16

3.4 基于电流超前角的弱磁策略 17

3.4.1超前角弱磁原理 17

3.4.2超前角弱磁和角度运算器框图 18

3.4.3超前角弱磁控制系统 19

3.4.4电流解耦环节 19

第四章 永磁同步电机的仿真分析 21

4.1仿真模型 21

4.2基于超前角弱磁的MTPA控制模块 21

4.3仿真分析 22

第五章 总结 25

参考文献 26

致 谢 28

第一章 引言

1.1 永磁同步电机弱磁控制的研究背景及意义

永磁同步电机，由于永磁体安装在转子上，转子的励磁部分是不变的，随着转子的转速增加，相应的定子电压也随之正向增大。最终电压会达到其额定值，其转速无法进一步增加，其利用存在一定的局限性。由于这一段区域始终以最大转矩进行加速，我们把它叫做恒转矩区域，实现恒转矩区域外的进一步扩速很有必要。通过d轴电流负向增大，q轴电流减小，实现弱磁。这一段控制区域也称为弱磁区域，又因为这段区域内功率保持恒定，也叫做恒功率运行区^[1]。

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