永磁同步电机弱磁

甘叫我大铿

永磁同步电机弱磁 [复制链接]

为什么需要弱磁?
电机转速在不断上升的过程中，反电动势逐渐增大，而电机输入的电压是有限的，当反电动势达到逆变器输出的最大电压时，转速不再上升。若想要实现电机宽范围转速控制，并且不使用弱磁控制，则要求设计电机在整个电机运行范围内能产生额定转矩，此时电机的相电感小，所以短路电流大，电机绕组及逆变器损坏的风险大，从而需提高逆变器功率器件的容量等级，增加了系统成本。
第一受到逆变器输出电压的限制，为电机提供有限的电压,
第二当逆变器拥有足够大的电流和电压等级时，交流电机本身因为绝缘材料，磁饱和以及温度的限制使电机电流和电压也会受到限制，但是交流电机的热时间常数通常远大于逆变器的热时间常数，所以在短时间内交流电机可通过几倍于自身额定电流值的电流。

弱磁存在的问题
由于内置式永磁同步电机的凸极效应使得磁路交叉饱和严重。在电机高速运行期间，电机参数发生非线性变化，主要是由于磁饱和(可分为饱和和交叉饱和)以及电机长时间运行温度升高、趋肤效应导致的参数变化。
凸极效应:凸极电机的气隙不均匀，也即直轴(轴)和交轴(q轴)的有效气隙不同。交-直轴电枢反应电抗对电机性能的影响称为凸极效应。
磁饱和现象:磁饱和是磁性材料的物理特性，其通过的磁通不能无限增大，达到一定值时，即使增大电流和线圈匝数都无法提高磁通密度。当外界磁场强度慢慢加强时，铁磁材料内部的磁通密度(可以理解成磁性，磁感应强度)也会慢慢加强，当磁场强度达到一定程度,再加强时，铁磁材料的磁通密度增强的速度越来越慢。
硅钢片把电能转化成磁能再转化成动能的能力是有限的。当电机电流超过一定范围后,电能无法再转化成更多的磁能,只能转化成热能,导致电机迅速升温,这是磁饱和的后果。
趋肤效应:当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤"部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。电阻随温度升高而升;磁链随温度升高会降低。

乱世煮酒论天下

永磁同步电机经常需要弱磁，说是为了提高转速，用变频器控制弱磁时，电机的转速和输入的电流之间有什么关系，之前做过一台电机的弱磁提速，在140Hz开始弱磁，到160Hz电流还是在20多A，到170Hz时的电流就有70多A，不知是什么原因？是电机的特性还是控制的问题？