永磁同步电动机的弱磁扩速分析
尹华杰 （华南理工大学 广州 510641）
林金铭 金振荣（华中理工大学）
【摘 要】介绍永磁同步电机的弱磁扩速原理以及弱磁扩速难的原因，评述国际上永磁同步电机弱磁扩速的方法和研究成果。指出将优化的控制方法和复合永磁转子结构相结合的对策是****解决弱磁扩速的****选择，并针对这种新型结构提出了尚需攻克的难点。
【叙 词】永磁电机同步电动机弱磁调速／复合永磁转子分析
1引言
近10年来，由于钕铁硼(ndfeb)永磁材料的开发及性能的改善，永磁同步电机（包括无刷直流电机）转矩密度越来越大，优点越来越突出，在要求“短、小、轻、薄”、高精度、宽调速范围的许多驱动场合，得到了大量研究和应用。
然而，无刷直流电机励磁不可调，根本无法在高速下进行恒功率运行。即使是由正弦波pwm逆变器驱动、利用电流相位控制消弱永磁场的永磁同步电机，在高速下的输出功率也往往随速度增加而迅速下降，无法获得较为宽广的高速恒功率调速范围。永磁同步电机的这一缺陷严重限制了其进一步推广和应用。
扩展永磁同步电机的高速范围，扩大其输出功率，已经成为电机研究中的一个重要课题，引起了国内外许多学者的兴趣和关注。
2 永磁同步电机的弱磁扩速原理及弱磁扩速难的原因
永磁同步电机的扩速研究正在不断取得进展．但即使是站在这一研究前沿的人．有些也对扩速的机理以及扩速难的原因缺乏本质的认识，影响了对永磁同步电机的扩速研究。
2.1弱磁扩速原理
和电励磁同步电机不同，永磁同步电机的转子励磁固定不变，永磁场产生的反电势和速度成正比，当电机端电压随转速升高到逆变器能够输出的****电压之后，继续升高电机的速度，永磁同步电机将无法再作恒转矩运行，而必须采取下述措施之一（或兼而用之），以维持电枢绕组的电势平衡，从而获得一个新的调速范围。
措施1：对于可以进行电流相位控制的永磁同步电机．使直轴电流id≠o，并起去磁作用．以消弱永磁场（即所谓弱磁），且随着速度的升高，起去磁作用的厶分量要不断增加，电势平衡才能继续维持。这种弱磁能力的大小与电枢绕组的直轴电感厶成正比。
措施2：使电枢电流的交轴分量逐渐减小，从而减小其电枢反应的助磁作用及气隙合成磁场（这是一种等效弱磁）。这种弱磁能力的大小与交轴电感l成正比。要特别指出的是尽管这一等效弱磁措施能够扩展电机恒转矩调速范围之外的凋速范围（即弱磁范围）．但它以牺牲恒转矩渊速范围和输出转矩为代价。因此，其能为的大小对电机的总调速范围没有多大影响。相反，随着这种能力的增大恒转矩范围变窄，弱磁范围变宽．电机总的调速范围会有所减小．电机的输出转矩特性会越来越软。
无刷直流电机只能采用弱磁措施2进行等效弱磁扩速。弱磁时．随着速度的增加，电机的输入电流、输出功率都将迅速下降到零，因此无法作恒功率运行。
对于可以进行电流相位控制的永磁同步电机是同时采用措施1、2进行弱磁扩速的。弱磁时．随着速度的增加，直轴电流ia不断增加，而交轴电流不断减小（直到零）。只要电流分量控制适当，就有可能获得一个输出恒定功率的调速范围（即恒功率弱磁范围）。在不打破电流限制的情况下．能够获得宽广的弱磁范围的条件是，赢轴电流的直轴电枢反应去磁磁通能够完全消弱永磁通（指基波分量）。这时电机在理论上可以在任意的高速下进行弱磁运行．并输出基本恒定的功率。这一条件可表述为：
式中，ec, xa是电机在单位速度下的反电势和直轴电抗。电机能够在宽广的弱磁范围内输出尽可能大的功率的条件，直轴电枢反应去磁磁通能够正好抵消永磁通，或表述为：
2.2永磁同步电机弱磁扩速难的原因
在永磁同步电机驱动系统中（这呈不包括无刷直流电机系统）．即使采用弱磁扩速措施．也常常达不到预期的扩速效果．高速下的输出功率往往将随速度 |
