背景

　　近年來(lái)，主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在電梯控制技術(shù)上不斷地推出一些新的應(yīng)用技術(shù)，并包裝成產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，既提高自身的品牌形象，也獲得了更大的市場(chǎng)份額。而我司在這技術(shù)創(chuàng)新方面也在緊密追趕。自從可變速電梯被推出到市場(chǎng)之后，其核心技術(shù)“弱磁控制”也進(jìn)入到我們的研究方向當(dāng)中。

　　弱磁控制技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)電梯系統(tǒng)的規(guī)格擴(kuò)展帶來(lái)兩大好處，一是開(kāi)發(fā)周期大大縮短，二是控制系統(tǒng)成本不需要增加。但目前弱磁控制技術(shù)還未被廣泛應(yīng)用，其弱磁性能仍存在一些需要深入研究的地方，鑒于此，本文將介紹弱磁控制的基礎(chǔ)原理，以及實(shí)際調(diào)試過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的弱磁控制與磁極位置的關(guān)系分析，從而為真正廣泛將弱磁控制技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。

　　1 弱磁控制介紹

　　1.1 弱磁原理

　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速跟電機(jī)的端電壓成正比，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也隨之增加，電機(jī)的端電壓就會(huì)增加。但由于電機(jī)供電電壓是由變頻控制器所決定的，對(duì)于超過(guò)變頻控制器的母線電壓限制的，電機(jī)將得不到所需求的電壓以及轉(zhuǎn)速。

　　在變頻器以及電機(jī)都不變的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速想要超過(guò)其額定轉(zhuǎn)速，就需要引入弱磁控制的概念。要使電機(jī)能夠正常運(yùn)行，電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)就不能超過(guò)其供電電源的電壓(此處即變頻器)，而電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)等于電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)內(nèi)部磁通的乘積。想要保持感應(yīng)電勢(shì)不變，且需要提升電機(jī)轉(zhuǎn)速的話，就必須使電機(jī)內(nèi)部磁通減弱，這就是弱磁控制的基礎(chǔ)原理。

　　對(duì)于目前被廣泛應(yīng)用的永磁同步電機(jī)PMSM而言，其弱磁控制的方法源于他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁原理。當(dāng)他勵(lì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，只要將其勵(lì)磁電流減少，就能降低其勵(lì)磁磁通，從而可以在保持電機(jī)電壓不變的情況下提高轉(zhuǎn)速。而對(duì)于永磁同步電機(jī)而言，其勵(lì)磁磁通是由永磁鐵提供的，不能自由調(diào)節(jié)，只能通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流，根據(jù)矢量控制原理及PARK坐標(biāo)變換原理，通過(guò)增加定子直軸電流達(dá)到削弱磁場(chǎng)的效果，從而實(shí)現(xiàn)弱磁升速目的。

　　基于電動(dòng)機(jī)的原理及其實(shí)際設(shè)計(jì)情況(例如溫升限制)，電機(jī)的功率需要守恒，而電機(jī)的功率等于轉(zhuǎn)速與輸出力矩的乘積，因此，當(dāng)電機(jī)通過(guò)弱磁控制使速度提升超過(guò)其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)的輸出力矩就必須減少，從而達(dá)到恒功率弱磁升速的效果。

　　1.2 電機(jī)的電壓平衡方程

　　對(duì)于永磁同步電機(jī)，其電壓平衡方程如下：

　　將電壓平衡方程轉(zhuǎn)化成dq坐標(biāo)系的矢量圖如下：

　　根據(jù)圖1與圖2的對(duì)比，可以很直觀地看到，電機(jī)端電壓U1(無(wú)弱磁時(shí))與U2(弱磁時(shí))相比，U2明顯下降，達(dá)到弱磁恒速降壓的效果，而在此基礎(chǔ)上，我們?cè)偬岣咂潆姍C(jī)轉(zhuǎn)速指令值，使電機(jī)端電壓回升到額定值，此時(shí)就可得到弱磁恒壓升速的效果。

　　2 弱磁控制與磁極位置的關(guān)系分析

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/266054.htm

　　2.1 磁極的相關(guān)概念

　　轉(zhuǎn)子磁極(N極)的位置，稱(chēng)為磁極位置。

　　轉(zhuǎn)子磁極(N極)與定子線圈α基準(zhǔn)軸的夾角，稱(chēng)為磁極角。

　　在αβ基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，基于電機(jī)編碼器Z相脈沖ON上升沿時(shí)的轉(zhuǎn)子磁極位置的角度，稱(chēng)為磁極碼。(磁極碼的定義基于不同的控制方式會(huì)有所差異)

　　2.2 弱磁控制與磁極位置的關(guān)系

　　電機(jī)磁極碼的正確與否，會(huì)直接影響控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)磁極位置的確認(rèn)，從而影響弱磁控制的實(shí)際效果，因此，我們需要研究其相互關(guān)系，并加以利用。

　　由于工程應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)磁極碼自學(xué)習(xí)存在一定的誤差，這使得磁極碼將出現(xiàn)三種情況：

　　一是磁極碼反映的角度剛好正確，控制系統(tǒng)能正確認(rèn)知電機(jī)磁極位置;

　　二是磁極碼反映的角度比電機(jī)實(shí)際磁極位置超前;

　　三是磁極碼反映的角度比電機(jī)實(shí)際磁極位置滯后;

　　下面將會(huì)對(duì)上述三種情況進(jìn)行詳細(xì)的分析。

　　情況一：磁極碼反映的角度剛好正確。

　　從圖3可知，在dq坐標(biāo)系中，電機(jī)相電流Im1、Im2、Im3的幅值是相等的，圖3中的圓可認(rèn)為是基于功率守恒(電機(jī)功率公式見(jiàn)式4)的電流等幅圓。Id*與Iq*分別是電機(jī)d軸、q軸的電流指令給定值。Im與Id*、Iq*的關(guān)系如式5。Iq*完全等于力矩電流Itrq。

　　以11kw額定電流為25A的電機(jī)為例：

　　①當(dāng)Id1*=0時(shí)，Iq1*=25A額定值，此時(shí)電機(jī)的輸出力矩也是額定力矩;

　　②當(dāng)Id2*=-10A時(shí)，Iq2*≈23A，加入了Id2*之后，為了使Im2的幅值不變，則與Iq1*相比，Iq2*要變小。

　　③當(dāng)Id2*=-15A時(shí)，Iq2*=20A，加入了更大的Id3*之后，為了使Im3的幅值不變，則與Iq2*相比，Iq3*要變得更小。

　　另外，如果加入了Id*之后，電機(jī)的負(fù)載力矩不變的話，Iq*則不能變小，則會(huì)導(dǎo)致Im增大，從而導(dǎo)致輸出功率不守恒，電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)作。

　　情況二：磁極碼反映的角度比電機(jī)實(shí)際磁極位置超前。

　　如圖4所示，由于磁極碼不正確，此時(shí)的Iq*、Id*與Itrq的關(guān)系如式6。