2024-03-22 MATHWORK: 弱磁控制 (Field Weakening Control)
- Here is the document descripts the field weakening control
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- 什麼是弱磁控制？
- 弱磁即減弱磁通，此方法以降低轉矩為代價，使馬達轉速超過其額定轉速。弱磁可用於自動化應用中的馬達控制，以及電動車和機車的牽引馬達控制，以便在可接受較低轉矩時實現較高的馬達轉速。
- 永磁同步馬達(PMSM ) 具有高功率密度、高轉速和快速動態響應，因而廣泛見於上述應用。然而，當定子端電壓達到逆變器輸出極限時，PMSM 轉速會受限。因此，PMSM 需要透過弱磁提高軸轉速，使其超過設計的額定值。實現更高馬達轉速的一種方法是調節逆變器電力電子開關，以控制定子d 軸和q 軸電流，從而抵消轉子磁鐵產生的氣隙磁通量。
- 弱磁控制減弱了永久磁鐵產生的氣隙磁鏈 λp m 的影響，從而降低了所得到的d 軸磁通 λd
- 這是透過加大PMSM 中d 軸定子磁化電流的負分量來實現的，如下圖1 所示。
圖1：得到的d 軸磁通 λd 的向量表示
- 圖2 的轉矩速度特徵曲線顯示，馬達的反電動勢（定子電壓）與馬達轉速成正比上升。此行為發生在PMSM 的恆定轉矩區域，在該區域，我們可以使用磁場定向控制(FOC) 來調節馬達。然而，當轉速繼續上升時，施加的電壓達到最大值，反電動勢電壓超過施加的電壓，阻止馬達轉速增加。為了讓馬達轉速超過其基本轉速，我們使用弱磁模式，同時保持恆定輸出功率，這是轉矩和馬達轉速的乘積。在弱磁過程中，馬達以降低最大轉矩為代價，在最大可用電壓下加快轉速。
圖2：PMSM 的轉矩和轉速特徵- 圖3 描繪了弱磁控制區域，它位於定子電流（i d、i q）平面左側，是電壓極限橢圓和電流極限圓的交集。
圖3：PMSM 的電壓與電流極限- 為了理解弱磁，可以使用限定弱磁區域OABC 的軌跡來計算電流向量軌跡。沿OA 的軌跡I 是最大轉矩電流比( MTPA ) 曲線，MTPA 可以透過控制電流向量軌跡以匹配OA 曲線來實現。軌跡II 沿著電流極限圓從A 到B。電流極限由直流母線和電力電子的約束來定義。軌跡III 表示沿BC 的深度弱磁，即最大轉矩電壓比(MTPV) 曲線。在MTPV 運轉期間，馬達在電壓極限橢圓的約束範圍內產生最大轉速和相應的轉矩，該橢圓受直流母線約束。無論轉矩瞬時響應如何，最佳化的弱磁軌跡或工況點始終位於灰色區域內。
- 圖4 顯示Simulink ®中PMSM 弱磁控制的系統級模組圖。外部轉速控制迴路產生轉矩指令作為MTPA 弱磁控制模組的輸入。內部電流迴路包含克拉克和帕克變換及空間向量產生器。
圖4：PMSM 弱磁控制概述- 若要進一步了解如何設計和實作馬達控制演算法，可參考Motor Control Blockset和Simscape Electrical™。
範例和操作指南
軟體參考
- PMSM 的弱磁控制（使用MTPA） - 文檔
- PMSM 弱磁控制器 - 文檔
- 基於磁通的PMSM - 文檔
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