弱磁控制及其與磁極位置的關系分析

　　摘要：近年來，各大電梯廠家均在不斷地加大對技術創新研究的投入，電梯系統的控制也隨之出現很多新的應用技術。本文介紹的弱磁控制技術便是其中的一項新的電梯應用技術，通過應用弱磁控制技術，電梯可以在負載較低的情況下，提升轎廂速度，實現弱磁升速的效果。并且通過分析弱磁控制與電機磁極位置的關系，改善弱磁控制的性能。

　　背景

　　近年來，主要競爭對手在電梯控制技術上不斷地推出一些新的應用技術，并包裝成產品進行銷售，既提高自身的品牌形象，也獲得了更大的市場份額。而我司在這技術創新方面也在緊密追趕。自從可變速電梯被推出到市場之后，其核心技術“弱磁控制”也進入到我們的研究方向當中。

　　弱磁控制技術的應用，可以對電梯系統的規格擴展帶來兩大好處，一是開發周期大大縮短，二是控制系統成本不需要增加。但目前弱磁控制技術還未被廣泛應用，其弱磁性能仍存在一些需要深入研究的地方，鑒于此，本文將介紹弱磁控制的基礎原理，以及實際調試過程中所發現的弱磁控制與磁極位置的關系分析，從而為真正廣泛將弱磁控制技術應用到產品打下基礎。

　　1 弱磁控制介紹

　　1.1 弱磁原理

　　電動機的轉速跟電機的端電壓成正比，當電機的轉速增加時，其感應電動勢也隨之增加，電機的端電壓就會增加。但由于電機供電電壓是由變頻控制器所決定的，對于超過變頻控制器的母線電壓限制的，電機將得不到所需求的電壓以及轉速。

　　在變頻器以及電機都不變的情況下，電機的轉速想要超過其額定轉速，就需要引入弱磁控制的概念。要使電機能夠正常運行，電機的感應電勢就不能超過其供電電源的電壓(此處即變頻器)，而電機的感應電勢等于電機轉速與電機內部磁通的乘積。想要保持感應電勢不變，且需要提升電機轉速的話，就必須使電機內部磁通減弱，這就是弱磁控制的基礎原理。

　　對于目前被廣泛應用的永磁同步電機PMSM而言，其弱磁控制的方法源于他勵直流電機的勵磁原理。當他勵直流電機的轉速超過其額定轉速時，只要將其勵磁電流減少，就能降低其勵磁磁通，從而可以在保持電機電壓不變的情況下提高轉速。而對于永磁同步電機而言，其勵磁磁通是由永磁鐵提供的，不能自由調節，只能通過調節定子電流，根據矢量控制原理及PARK坐標變換原理，通過增加定子直軸電流達到削弱磁場的效果，從而實現弱磁升速目的。

　　基于電動機的原理及其實際設計情況(例如溫升限制)，電機的功率需要守恒，而電機的功率等于轉速與輸出力矩的乘積，因此，當電機通過弱磁控制使速度提升超過其額定轉速時，電機的輸出力矩就必須減少，從而達到恒功率弱磁升速的效果。

　　1.2 電機的電壓平衡方程

　　對于永磁同步電機，其電壓平衡方程如下：

　　將電壓平衡方程轉化成dq坐標系的矢量圖如下：

　　根據圖1與圖2的對比，可以很直觀地看到，電機端電壓U1(無弱磁時)與U2(弱磁時)相比，U2明顯下降，達到弱磁恒速降壓的效果，而在此基礎上，我們再提高其電機轉速指令值，使電機端電壓回升到額定值，此時就可得到弱磁恒壓升速的效果。