弱磁控制及其與磁極位置的關(guān)系分析

　　摘要：近年來(lái)，各大電梯廠家均在不斷地加大對(duì)技術(shù)創(chuàng)新研究的投入，電梯系統(tǒng)的控制也隨之出現(xiàn)很多新的應(yīng)用技術(shù)。本文介紹的弱磁控制技術(shù)便是其中的一項(xiàng)新的電梯應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用弱磁控制技術(shù)，電梯可以在負(fù)載較低的情況下，提升轎廂速度，實(shí)現(xiàn)弱磁升速的效果。并且通過(guò)分析弱磁控制與電機(jī)磁極位置的關(guān)系，改善弱磁控制的性能。

　　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。