1.弱磁扩速理论

PMSM弱磁的思想来源于他励直流电动机的调磁控制。我们熟知，当他励直流电动机的端电压达到最大值之后，无法再用调压调速来提高转速，只有通过降低电动机的励磁电流，从而降低励磁磁通，实现在保证电压平衡的条件下，电机速度提升到额定转速以上。

永磁同步电机的励磁磁通是由永磁体提供的，这个磁通是恒定不变的。这个时候如果我们想降低磁通强度，就只能通过增大定子电流的去磁分量来削弱气隙磁通，这样才能达到跟他励直流电动机的弱磁等效。

1.1 从公式层面来说明弱磁原理

永磁同步电机弱磁控制的本质和规律可以用电压平衡方程来说明

由公式可以看出，在电压达到最大时，要想再升高转速，就只能靠调节 id 和 iq 来实现了，这就是电机的弱磁运行方式。同时电机的电流也是有相应的限制的，增大 iq 的同时必须要减小 id，才能保持电流矢量的大小不变。一般是通过增大 id 来实现弱磁扩速的。

1.2 电压极限环的概念

从公式的推导可以得出电压极限的轨迹是一个椭圆环，电机的电压方程为：

将电压方程带入电压平衡方程，并忽略定子压降，可以得到

从这个推导的方程可以看出电压的极限轨迹是一个椭圆，椭圆的圆心是(−φf/Ld,0)。

这里面有什么物理含义呢? 其实从图中可以看出，要使电机稳定的运行，电压必须处于这个电压极限椭圆的曲线内，一旦超过电机将不稳定。

1.3 电压流限环的概念

我们再来了解电流极限环的概念，永磁同步电机的电流极限可以用方程描述：

式中的 Ilim是电动机允许的最大相电流值。

有了这电流极限环的概念，我们再结合电压极限环，我们可以知道，如果要使电机稳定运行，电流矢量的终点必须落在电流极限环和电压极限环的圆之内，也就是 电流矢量的终点必须落在电压极限环和电流极限环的公共区域，否则电机将无法稳定运行 。

2. 如何实现弱磁扩速

有了以上的概念，我们该如何在仿真中实现弱磁呢？采用双电流调节器的超前角弱磁控制。

2.1 超前角是什么？

定义：超前角 γ 为两相旋转坐标系dq坐标系下， 定子电流矢量超前q轴的电角度 。如下图所示

2.2 超前角弱磁的原理是什么？

当转速达到转折速度时，电流调节器仍然处于饱和状态，定子电压已经达到极限状态。如果我们此时通过 电压反馈 来调节超前角 γ 在到达额定转速后增大，直轴id的去磁电流 反向增大 ，交轴电流iq则随之减小， 随着直轴去磁电流的增大，磁通减小 。以此实现在不增加逆变器容量情况下的弱磁。

2.3 超前角控制框图

具体如何判断是否达到额定转速呢？

如上图所示，电流调节器的输出 Ud 和 Uq 作为弱磁调节器的输入量，并与逆变器所能输出的最大电压 Umax比较，二者的偏差作为弱磁环节的PI调节器的输入，PI调节器输出超前角γ 来调节 iq* 和 id* 的给定。

由于采用的是SVPWM调制，U_max=U_dc/√3，此时有2种情况：

1.当√(Ud^2+Uq^2 )小于Umax时电压PI调节器正向饱和，此时超前角γ为0，电机运行在恒转矩区；

2.当√(Ud^2+Uq^2 )大于Umax时电压Pl调节器的输入值为负数，调节器开始退出饱和，输出的超前角γ为负，此时电机运行在弱磁区。

注意 ：超前角弱磁方式的特点在于结构简单，较易于在实验中实现，但超前角弱磁存在弱磁电流过强导致PMSM去磁的风险，在实际应用中要注意参数调试及对电流做限制。

原文链接：https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/88077392