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电气自动化控制技术研究

磁转矩的方法。在定子坐标系内，采用定子磁场定向，将定子电流、电压进行 3/2 变换，

借助空间矢量理论，通过检测定子电压和电流，在定子坐标系下计算电动机的磁链和转矩，
将给定值与反馈值的差值通过离散的两点式调节 ( 砰—砰控制 ) 选择电压矢量的状态，实
现磁链和转矩的直接控制。直接转矩控制技术是借助于开关表控制逆变器输出的 8 组电压

矢量来实现的，适当地选择加至电机的电压矢量，可以使定子磁链运动轨迹近似为圆。为
保持电机定子磁链幅值恒定，可以借助于 PMSM 数学模型方程，计算出给定磁链与实际磁
链的偏差及磁链的具体方向，选取合适的电压矢量，使定子磁链幅值恒定。直接转矩控制

最开始是使用在异步电机上的，到了 20 世纪 90 年代才由日本学者将其应用到永磁同步电
机上。PMSM 直接转矩控制的基本原理与异步电动机直接转矩控制原理相同，即根据电机
电磁转矩和负载角之间的关系，在保持定子磁链幅值相对恒定的基础上，通过控制定子磁

链的旋转方向和旋转速度来控制定子磁链和转子磁链之间的负载角，达到控制电机输出转
矩的目的，实现对转矩的直接控制。但由于永磁磁场的存在，PMSM 的直接转矩控制与异

步电动机的直接转矩控制在实施上存在差别，尤其表现在零电压矢量的使用上。在异步电
机直接转矩控制中，零电压矢量能有效控制定子磁链的运动，进而控制转矩的瞬时变化，
获得快速的动态响应。

三、电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略

在当今汽车工业领域，资源浪费和环境污染是影响其发展的主要问题，因此，各国加

快了新能源汽车的开发。电动汽车以车载电源为动力，采用电机将电能转换成机械能，提
供源动力驱动车轮行驶，对环境影响相对传统汽车较小，其前景被普遍看好。电机的选用

及其驱动系统的设计是影响电动汽车性能的关键因素之一。钕铁硼永磁体是目前发现的磁
性最高的磁体，有着极高的磁能积和矫顽力，磁性是一般永磁材料的 4 倍以上。永磁同步
电机利用永磁材料产生磁场，替代传统电机由电流励磁产生的磁场，具有结构简单、运行

可靠、体积小、重量轻、损耗低、效率高、外形和尺寸可以灵活多变等显著特点，使其成
为电动汽车电机驱动系统的首选电机。但是，由于永磁体产生的磁场固定而不可调节，当

电机端电压达到驱动器输出最大电压后，受到车载电源电压的限制，其运行速度无法继续
上升，为了进一步提高转速，必须进行弱磁 FW（Flux Weakening）控制。通过弱磁控制，
电动汽车驱动系统能拓宽调速范围，在满足电动汽车驱动需求的前提下，有必要合理设计

弱磁控制算法，以充分发挥驱动系统的高性能。
根据永磁体在转子上的位置不同，永磁同步电机可以分为两类：表面式永磁同步电机
SPMSM（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）和内置式永磁同步电机 IPMSM（Interior

Permanent Magnet Synchronous Motor）。表面式永磁同步电机由于永磁体磁导率较低，接近
空气磁导率，交直轴磁路基本对称，无凸极效应和磁阻转矩，因此被限制应用于低转速区。
若对其进行合理的控制可获得较好的低速运转特性，但其弱磁能力差，在超过基速时，表

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