永磁同步电机短路电流太小对性能的影响

异乡de人

在车用永磁同步电机中，为了实现宽广的调速常用短路电流和额定电流的关系来评价。理想的无限弱磁扩速倍数的条件就是短路电流=额定电流。要是短路电流小于额定电流，也就意味着不用到达额定电流就可以完全抵消永磁磁场，这样弱磁是不是更容易呢，调速范围会更宽呢，这样的不利之处在哪，请大家各抒己见！

tupoh

1.短路电流小于额定电流可能会增加磁钢的失磁风险
2.短路电流反映了直轴电感的大小，短路电流小，说明电感大，弱磁容易
3.短路电流过小是否影响到电机的输出功率或转矩以及过载能力？

异乡de人

回复 2# tupoh


    第三点我也是在一个论文上看到的，就这么一句话，不太清楚。所以请大家来讨论讨论。

lyftcl

短路电流小于额定电流，这样就意味着理论上的调速是无极限的。但是这必须通过MTPV来实现（因为漏抗压降变大，必须减小电流），难度比弱磁区要大一些。而且很容易找不到最优效率点。虽然这时候要用的Id会小，但是控制起来，反而更难。

短路电流小的话，那么最后的恒功率将无法恒定，会在基速以上一点达到最大功率，然后之后开始衰减。

我接触的电机里，一些高速的电机（乘用车），通常采用这种形式。而一些转速稍微低点儿的电机（商用车）通常都是短路电流靠近额定电流的。（以上只是自己接触的一些电机的总结，未必代表就该如此）

wwwttt87

个人觉得，额定电流过大，逆变器的容量是有浪费的。输出功率会随输入电流增大而增大，但不是线性的。另外如果额定电流过大，电阻压降对弱磁区的输出功率也会有影响。

异乡de人

回复 4# lyftcl

请问这个话如何理论解释：短路电流小的话，那么最后的恒功率将无法恒定，会在基速以上一点达到最大功率，然后之后开始衰减。
也就是说功率无法恒定的原因是为什么

lyftcl

就是这种功率曲线了，到后来功率一般都会下降。
不过我见过的电机，绝大部分都是这样子的。。。至于为什么设计成这样，我也说不太准，还得向电磁设计的朋友请教下

wwwttt87

回复 7# lyftcl

测试曲线？莫非是因为考虑了转速越高，机械损耗和铁耗越大？

lyftcl

回复 8# wwwttt87


    仿真的，就是为了贴图上去临时做的一个仿真图。

实测也有不少，大致都是这个类型的，无非没那么平滑了而已。

这样的电机转速应该能上的更高才对吧。损耗按理说是多了。
不过这样的电机应该永磁体利用率更好。Ich=Psi/Ld。在Psi相同的情况下，Ld更大了，那么磁阻转矩自然更大了。。。猜测猜测。。。

wwwttt87

回复 9# lyftcl

个人理解，理论上恒功率区输出功率是个恒定值，但由于速度越高损耗越大，所以你画的输出功率曲线会向下掉一些。
Ld增大确实对弱磁有好处，但也加大了电机设计难度，本来d轴有永磁体，主电抗做不大，只有增大漏电抗。

zy2000

回复 4# lyftcl
谢谢你的回答，让人受教了。

异乡de人

有不有可能是Ld太大磁阻转矩降低太多的原因导致呢。

lyftcl

回复 10# wwwttt87


    这个功率下降肯定不是单纯由于损耗而引起的，应该是电机设计本身的特性。只要短路电流小于最大电流的都这样，无非下降的比例不同而已。

这样的电机确实难设计，一般都是设计短路电流稍微大些的，也就是说弱磁比没那么大的，这样的电机好设计好控制，就是功率密度不够。

因为主电抗做不大，增大了漏电抗，所以漏抗压降就大了，随着转速升高，漏抗压降终于大得受不了了，只能降低电流运行了，此时在MTPV。。。（这段是猜的，因为我不懂电机，只懂点儿控制）

lyftcl

回复 12# 异乡de人


    假设Lq不变，那么Ld越大，则磁阻转矩越来越小。但是真的不知道这是不是最后功率下降的原因。。。
还是得请教电磁仿真的朋友。

wwwttt87

回复 13# lyftcl

不考虑损耗，采用最大功率弱磁，是能做到恒功率的，贴两篇文章供参考

电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速_恒转矩控制及弱磁控制.pdf (126.32 KB, 下载次数: 137)

2011-11-23 09:37 上传

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电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速_输入功率弱磁控制的功率特性及等效.pdf (261.22 KB, 下载次数: 125)

2011-11-23 09:37 上传

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lyftcl

回复 15# wwwttt87


    这个是电机设计决定的。真正恒功率的只有短路电流等于最大电流的电机。其余的电机，最大外特性曲线不可能绝对恒定。

文章1中就说明这个问题了，只有弱磁率等于1的电机才有可能恒定，而我贴的图是弱磁率大于1的。
文章1还是挺不错的。引入了弱磁率的概念，尽管这个概念并非由他提出来的。

正在看文章2，第一反应，这个文章里的最大功率控制有点儿问题，先仔细研究一下，然后再回复

lyftcl

回复 16# lyftcl


    浪费了我一个多小时。
终于搞明白了，原来文章1和文章2中所谓的最大功率控制就是指MTPV，而他说的普通弱磁是指在MTPV区域使用FW方式。。。故里面只有1,2,3,4四种情况可以使用所谓的最大功率控制，而5,6,7不可以使用，因为5,6,7的短路电流要大于最大电流
试问，谁会在MTPV区域使用FW方式控制啊。。。
文章有点儿哗众取宠了，不过考虑到2002年，当时有这水平算很不错的了吧。

而他所谓的恒功率根本不是恒功率，因为从电机设计上，短路电流小于最大电流的电机，外特性曲线是一条渐近线，最终必然稳定于一个功率，但这不能算是恒功率，难道我在7楼贴的图片算是恒功率吗？可是这个功率无限扩展下去的话，确实是会在无限趋近渐进线的。可是哪个电机能无限调速？

故，对这俩文章的评价，10年前超凡脱俗，10年后误人子弟。

lyftcl

回复 17# lyftcl


    另外，文章1里面的电压椭圆电流圆轨迹是错的，因为椭圆的圆心不对（IPMSM的时候，椭圆为圆）

还有文章2中的关于最大功率的曲线表示，如图1的a，b所示，这个对比是不公平的，因为拿SPMSM来对比，这是不应该的。应该使用IPMSM的来对比才能说明问题，因为SPMSM弱磁都不多，更何况MTPV，那么用这个来对比显示所谓的最大功率控制好，一点儿意义也没有。
而图2倒是显示了真实的最大功率曲线，当短路电流小于最大电流的时候，就应该是这样的曲线，这点完全赞同。

wwwttt87

回复 17# lyftcl

没错，最大功率控制就是MTPV。理论上短路电流小于额定电流，转速是无穷大的，所以为什么不能算恒功率呢，当然这只是定义的问题了。你说的功率下掉，是在MPTA切换到MPTV过程中的，我在下个贴解释一下，你看对不对。

wwwttt87

没实际做过弱磁调速实验，但对这个问题挺感兴趣，就研究了下
图中是额定电流大于短路电流的矢量轨迹

lyftcl说的功率下降应该是AB段，在MPTV段应该能基本保持不变的。
我觉得理论上，可以直接获得功率表达式，然后对转速求导，导数为负，比较懒就不去算了，留个式子

本来想定性分析下，总觉得不充分，谁认识深刻点请解释下吧