电动汽车用异步电机弱磁控制综述
来源：未知
发布日期：2019-09-17 17:37【大 中 小】
环境和能源危机的凸显，使用清洁能源、零排放的纯电动汽车成为目前研究热点。 异步电机因其高可靠性、低成本等优点，成为纯电动汽车的理想电机。纯电动汽车对电驱 动系统的性能要求越来越高，特别是在宽调速方面得到了国内外学者的日益关注， 引起了行业人员对于弱磁控制策略的广泛研究。
文章综合比较了文献弱磁控制策略的优缺点，并分析了文献弱磁控制策 略的控制性能，得出变期望电压弱磁控制策略在突加负载转矩时，能够通过改变逆变器最 大输出电压 Usmax 的设定值，来维持励磁电流基本不变，降低磁链变化滞后时间来改善异步 电机对突加负载转矩的响应能力，满足纯电动汽车在高速区间中对转矩动态响应要求，能 较好应用于车用异步电机上。
1 按转子磁场定向下的数学模型 为简化系统模型
解耦定子电流，使异步电机如直流电机一样方便控制，将异步电机按 转子磁链定向，如图 1 所示，转子磁链矢量 ψr 与 d 轴重合，ψrd = ψr ，ψrq = 0。
2 异步电机宽调速范围区间的划分及分析
纯电动汽车异步电机弱磁控制系统，受逆变器直流母线电压及电流的限制，如式 所示，在异步电机转子转速 ωr 较低时，由式可知，逆变器最大输出电压Usmax 有足够的裕量来维持 ωr 的增加; 随着 ωr 增大，反电动势频率 f 上升，当 ωr = ωn 时，反电 动势 E 已取得峰值，导致 Usmax 没有裕量来维持转速的增加，此时需采取弱磁控制策略，即在 保持端电压最大值不变的情况下，通过减小主磁通 φm 来提高转速。磁电流与转矩电流的比值不变，则转差频率不变，转矩保持恒定，定子相电压随转速 ωr 不断 上升。在弱磁Ⅰ区时，定子相电压 Us 已达到最大值，由图 2 可知励磁电流不断减小，转矩电 流不断增大，导致转差频率增大、输出转矩降低，但工作点仍处于电流圆上，定子相电流 Is 保持最大值不变。在弱磁Ⅱ区时，由于异步电机已达到最大转差角速度 ωsmax ，此时只能在 维持 ωsmax 的基础上等比例降低励磁电流和转矩电流来提速，将会导致输出转矩和定子相电 流的下降。
2．1 恒转矩区
ωr = ωn 时，Usmax 已经没有裕量来继续满足 ωr 的增长，电机开始进入弱磁Ⅰ区。此时 B 点为电压椭圆和电流圆的交点即恒转矩区和弱磁Ⅰ区的分界点。在弱磁Ⅰ区 电流矢量运行轨迹如图 2 中曲线 BC，联立式就可得出最优运行点的 isd 和 isq ，如 式 所示，此时异步电机在在恒功率弱磁Ⅰ区取得最优转矩输出。
2．3 降功率弱磁Ⅱ区
从式可知，由于弱磁Ⅰ区 isd 的不断减小和 isq 的不断增大，转差电角速度 ωs 不断增 大，随着转速进一步上升，电压限制椭圆不断的减小，当达到临界电角速度 ωa1 时，ωs 达到最大值进入弱磁Ⅱ区，此时其电流矢量运行轨迹如图 2 中线段 CD。由式可以算出此时的最优运行时的 isd 和 isq ，此时异步电机在在恒功率弱磁Ⅱ区取得最优转 矩输出。
3 车用异步电机传统弱磁策略分析
3．1 精确电机模型弱磁控制策略
精确电机模型弱磁控制策略一般用于弱磁控制理论分析。经上文推导，在电流限制圆 与电压限制椭圆制约下，依照转矩最大化原理算出弱磁区间内给定励磁电流 i * sd 和给定转矩 电流 i * sq 的最优分配值，从而得到最大转矩输出，但励磁电流和转矩电流表达式中参数存在 易变性，导致该控制策略鲁棒性低。1 /ωr 弱磁控制策略从控制给定励磁电流 i * sd 的角度出发，未考虑到转矩电流的分配，虽 然能在一定程度上做到异步电机的弱磁控制，但是其对电磁转矩的利用率低，不能让异步 电机在弱磁区间达到最大转矩输出。1 /ωr 弱磁控制策略从控制给定励磁电流 i * sd 的角度出发，未考虑到转矩电流的分配，虽 然能在一定程度上做到异步电机的弱磁控制，但是其对电磁转矩的利用率低，不能让异步 电机在弱磁区间达到最大转矩输出。
4 车用异步电机新型弱磁策略分析
弱磁控制策略综合了传统 1 /ωr 弱磁控制策略和电压闭环弱磁控制策略的优点。如 图 6 所示，先通过 1 /ωr 弱磁控制策略得到初始励磁电流给定值，再根据电压闭环弱磁控制 策略得到初始励磁电流给定值的修正项，然后把初始励磁电流给定值和其修正项相加，从 而得到最终的励磁电流给定值。该控制策略的给定励磁电流 i * sd 由 1 /ωr 弱磁控制策略和电压闭环弱磁控制策略共同调 整，得到的 i * sd 的值会更加平滑，使励磁电流 isd 的脉动减小。在不加大控制系统复杂度的情况下，此方法有较好的参数鲁棒性、较大的输出转矩和 快速的动态响应性能。
5 结论
文章根据纯电动汽车要求宽调速范围、快动态响应和高输出转矩等特点，综合分析了 车用异步电机传统的和新型的弱磁控制策略，在众多弱磁控制策略中，1 /ωr 法弱磁控制策 略结构简单，成本低廉，因此广泛的应用于常规电驱动领域。变期望电压弱磁控制策略，使 异步电机在弱磁区间上的转矩响应速度和运行稳定性得到提高，因此在车用异步电机弱磁 控制策略上具有广阔的发展前景，但该控制策略也存在不足之处，如算法比较复杂，难以实 现，需要测量电机的实时转速，所以还可以从转速观测方面继续展开研究工作。
