资助项目：聊城大学东昌学院院级科研经费资助（2015LG010）
徐鲁辉1崔传辉2
（1.比亚迪汽车工业有限公司，广东深圳518118；2.聊城大学东昌学院机电工程系，山东聊城252000）
摘
要：对内置式永磁同步电机（IPMSM ）的最大转矩电流比（MTPA ）和弱磁控制进行了分析研究。依据弱磁控制的电压极限椭圆 和电流极限圆的限制，解算出了同步电机在弱磁控制时的电流矢量；给出了永磁同步电机全速度范围内
的定子电流分配策略，并绘制出永磁同步电机全速度范围内的定子电流指令曲线图。
关键词：内置式永磁同步电机；最大扭矩电流比；弱磁控制；定子电流分配策略
0引言
近年来，汽车电动化的步伐明显加快。内置式永磁同步电
机被广泛应用于电动汽车驱动系统。本文针对内置式永磁同步电机d -q 轴电感不相等的特性，对恒转矩区的最大转矩电流比控制方法进行了深入的研究。根据电机的时变参数，在给定扭矩的情况下，计算出最佳的电流励磁分量I d 和电流扭矩分量I q 。在恒功率区利用弱磁控制扩展电机的转速范围，依据同步电机电压极限椭圆和电流极限圆的限制条件，计算出电流励磁分量I d 和电流扭矩分量I q ，从而获得电机在全速域的电流指令值。
1永磁同步电机电磁转矩方程[1]
T e =1.5p n [Ψf i q +（L d -L q ）i d i q ]
（1）
式中，i d 、i q 为d 轴和q 轴电压；L d 、L q 为d 轴和q 轴电感；Ψf 为永磁体产生的磁链；T e 为电磁转矩；p n 为电机极对数。
由方程（1）可以看出，永磁同步电机的电磁扭矩分为两个部分，第一部分是永磁转矩，第二部分是由于转子不对称所造成的磁阻转矩。若使i d =0，电机的电磁转矩仅与i q 轴的扭矩电流分量成线性关系。这种方法控制简单，实际应用较为广泛。但在一些场合下，会充分利用电机转子磁路结构不对称所造成的磁阻转矩，从而提高电机的功率密度。
2永磁同步电机矢量控制方法
矢量控制是一种广泛应用的交流电机控制方式，即对电
机定子电流矢量的相位和幅值进行控制。从电磁转矩方程（1）可以看出，永磁同步电机的电磁转矩取决于定子电流矢量i d 和i q ，通过这两个电流矢量的控制，便实现了电机的转矩控制。矢量控制主要包括磁场定向、坐标变换、电流调节和SVPWM 等环节，对于转子磁场定向常采用光电编码器或旋转变压器等，电流调节常采用PI 调节[2]。
3内置式永磁同步电机最大扭矩电流比控制
内置式永磁同步为充分利用磁阻转矩，往往使电机定子
d 轴电流分量为负值，使电机在输出相同电磁转矩下电机定子电流最小。
在旋转坐标系中定子电流大小为d 轴电流矢量与q 轴电流矢量之和，可将最大转矩电流比转化为极值问题，借助拉格朗
日辅助函数进行求极值运算。条件即为电磁转矩方程，利用牛顿迭代法求解方程组，编写求解程序，可获得采用最大转矩电流比控制时的定子电流矢量i d 、i q 。以某款内置式永磁同步电机为例计算，定子电流矢量i d 、i q 与电磁转矩间的关系如图1所示。采用i d =0控制与采用MTPA 控制时，定子电流幅值与转矩间的关系如图2所示。
4内置式永磁同步电机弱磁控制
永磁同步电机的主磁场由永磁体产生，无法调节，通过增
加定子直轴去磁电流分量，减弱电机气隙中的磁通，以维持高
速运行时的电压平衡，达到弱磁扩速的目的[2]。
逆变器供电时，受逆变器所能输出的电压极限和电流极
图2电机定子电流幅值与电磁转矩的关系
图1电机dq 轴电流分量与电磁转矩的关
系
Gongcheng yu Zidonghua
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