Page 201 - 电气自动化控制技术研究

第七章 现代电机控制技术研究

国 P.C.Custman 与 A.A.Clark 申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”奠定了矢量

控制的基础。多年来，经过学者和工程技术人员的不断完善改进，形成现有的矢量控制变
频调速系统。其主要特点是：通过矢量变换的方法重构电机数学模型为一台他励直流电动
机，在同步旋转的参考轴系内，将交变的定子电流变换为两个直流量，一个为励磁 ( 直轴 )

分量，一个为转矩 ( 交轴 ) 分量，两者在空间上相互垂直，通过对两者进行解耦控制，以
实现对电机励磁磁场和电磁转矩的解耦控制。
（1）id=0 控制方法

当使用该控制方法时，定子电流中只有交轴分量，定子磁动势空间矢量与永磁体磁场
空间矢量正交，可以通过单独控制电流中的交轴分量来实现对电磁转矩的控制。因此控制
系统简单、转矩特性好。其缺点是随着输出转矩的增大，漏感、压降增大，功率因数降低；

同时由于没有弱磁电流，电机调速范围有限。
（2）弱磁控制方法

逆变器的功率决定了电机的最大输出功率，电机低速下最大转矩输出取决于逆变器的
电流能力，高速下受逆变器输出电压最大值的限制，电机需要弱磁运行。电机定子电流运
行轨迹受到电流极限圆和电压极限椭圆的限制。在实际应用中，在满足电流极限圆和电压

极限椭圆的基础上，实现对永磁同步电机的弱磁控制，通过调整 id、iq 控制电流矢量轨迹，
避免电流调节器饱和，从而使永磁同步电机由恒转矩调速平稳、快速地过渡到弱磁工作模

式。针对电动汽车需要宽的调速范围进行高速超车和巡航，需采用弱磁控制方法，来实现
电动汽车的扩速。常见的弱磁控制方法大体上可以分为两种，一种是前馈弱磁控制方法，
另一种是反馈弱磁控制方法。相比于前馈弱磁控制，反馈弱磁控制更适合电动汽车进行弱

磁扩速。反馈弱磁控制中的负 id 补偿法相比其他弱磁控制方法，有着原理简单、易于实现、
鲁棒性强、对电机参数依赖小的优点，再结合电动汽车的实际需求。
（3）定子电流最优控制

定子电流最优控制是指电动机在整个运行范围内，遵循一定规律去控制定子电流矢量，
使电动机输出特性能满足某些特定要求。
（4）最大转矩 / 电流控制方法

对于内置式永磁同步电机，为了充分利用其凸极性带来的高电磁转矩，通常采用的是
最大转矩 / 电流控制方法。最大转矩 / 电流控制也称为单位电流输出最大转矩的控制，通

过建立电磁转矩与电流分量之间的函数关系以及根据定义所确定的约束条件，求出单位电
流所对应的最大电磁转矩值，通过查表法得以实现。
3. 直接转矩控制方法

1985 年，德国学 者 M.Depenbrock 首次 提出了直接转 矩控制理论， 随后日本 I.
Takahashi 也提出了类似的控制方案，直接转矩控制是继矢量控制之后发展起来的一种新

型高性能交流变频调速技术。与矢量控制不同，直接转矩控制采用直接控制定子磁链和电
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