文 献 综 述

一.课题研究背景及意义

永磁同步电机（PMSM)具有高效率，高功率密度，调速范围极宽，在轨道交通，风力发电，新能源汽车等方面具有广泛的运用，因此获得了人们的广泛关注，永磁电机驱动的系统也越来越广泛。由于 PMSM转子励磁固定 ,无刷运行时要求端电压和速度成正比 ,因而无法运行到较高的转速和在高速下做恒功率运行 ,这严重限制了 PMSM的应用范围。解决以上问题的方法是采用所谓”弱磁”控制#8212;#8212; 当 PMSM无刷直流运行到端电压接近于逆变器额定电压时 ,将控制方式从Id =0的无刷直流方式切换到 Id≠0的”弱磁”控制方式;即在高速下增大直轴电枢电流分量 Id ,利用去磁作用削弱永磁场 ,从而打破端电压必须和速度成正比的限制 ,获得宽广的调速范围 ,实现高速恒功率运行^[1]。

根据转子永磁体配置位置的不同，可以把永磁同步电机分为表面磁钢转子结构和嵌入磁钢转子结构两大类。表面磁钢转子结构永磁同步电机的气隙均匀，由于永磁体磁阻率非常低，接近空气磁导率；另外磁路等效气隙较大，交、直轴电感相对较小，要想实现减弱磁场的目的，必须要较大的直轴电流，这样不利于进行弱磁控制。内置式永磁同步电机（IPMSM），由于直轴等效气隙小，交直轴电感相对较大，便于进行弱磁控制，因此该种电机的调速范围较宽，效率较高，适合用于高速恒功率驱动领域^[2]。

本课题以内置式永磁同步电机为研究背景，掌握三相永磁电机的原理，掌握转矩控制方法，掌握矢量控制与弱磁控制的策略，用于三相永磁电机，熟练使用电力电子仿真软件SABER，在SABER 平台上面进行仿真。

二.发展趋势

在对内置式永磁同步电机数学模型深入研究基础上，文献[2]提出了一种最优弱磁路径控制策略，该控制策略是基于由直轴电流 Id和交轴电流 Iq所构成的状态空间，以最大电流曲线、最大磁链曲线和最小磁链转矩比曲线为边界而提出的一种最优弱磁路径。该控制策略以实现在电机任何转速下输出力矩范围最大化和电机电枢电流最小化为目标，指出了电机在各种转速下的力矩控制方法，充分挖掘电机的自身潜能，有效保证高速高精型数控机床的加工运行。仿真和实验研究表明，该控制策略可以大大提高电机的调速范围，同时保证转矩有良好的可控性。

基于弱磁扩速的基本思想，国内外研究者提出了许多用于改善永磁同步电机弱磁性能的控制策略。文献[3]提出了前馈弱磁控制方法，有良好的稳态性能，但易受电机参数以及环境温度的影响，且鲁棒性能较差。文献[4-5]提出了直流侧电压环反馈调节方法，鲁棒性好，但逆变器的直流母线电压没有被完全利用。为了最大程度利用母线电压，文献[6]采用六步电压过调制法，然而会产很大谐波电流，且通过前馈查表法来调节电流，算法复杂。

文献[7]提出了将内置式永磁同步电机弱磁运行原理与电压空间矢量脉宽调制相结合，提出了一种新的弱磁控制策略。通过用电流调节器输出的参考电压与电压空间矢量脉宽调制后输出的极限电压两者之间的电压差值来改变定子电流相位角，从而重新分配d，q轴给定定子电流分量的大小，最终实现弱磁升速。该控制方法实现了电机高倍弱磁扩速运行，且弱磁电流过渡平滑、响应速度快。与传统弱磁控制方法相比，在弱磁区域能更有效地利用直流母线电压，从而在同样电压和电流限制条件下，电机能产生更高的电磁转矩，适应性更好。通过用SVPWM调制前后输出的电压差值来改变电流相位角从而调节交直轴电流，其弱磁电流过渡平滑，对比传统弱磁算法，在同样条件下，电机在弱磁区域能输出更大电磁转矩。