弱磁控制及其与磁极位置的关系分析

　　摘要：近年来，各大电梯厂家均在不断地加大对技术创新研究的投入，电梯系统的控制也随之出现很多新的应用技术。本文介绍的弱磁控制技术便是其中的一项新的电梯应用技术，通过应用弱磁控制技术，电梯可以在负载较低的情况下，提升轿厢速度，实现弱磁升速的效果。并且通过分析弱磁控制与电机磁极位置的关系，改善弱磁控制的性能。

　　背景

　　近年来，主要竞争对手在电梯控制技术上不断地推出一些新的应用技术，并包装成产品进行销售，既提高自身的品牌形象，也获得了更大的市场份额。而我司在这技术创新方面也在紧密追赶。自从可变速电梯被推出到市场之后，其核心技术“弱磁控制”也进入到我们的研究方向当中。

　　弱磁控制技术的应用，可以对电梯系统的规格扩展带来两大好处，一是开发周期大大缩短，二是控制系统成本不需要增加。但目前弱磁控制技术还未被广泛应用，其弱磁性能仍存在一些需要深入研究的地方，鉴于此，本文将介绍弱磁控制的基础原理，以及实际调试过程中所发现的弱磁控制与磁极位置的关系分析，从而为真正广泛将弱磁控制技术应用到产品打下基础。

　　1 弱磁控制介绍

　　1.1 弱磁原理

　　电动机的转速跟电机的端电压成正比，当电机的转速增加时，其感应电动势也随之增加，电机的端电压就会增加。但由于电机供电电压是由变频控制器所决定的，对于超过变频控制器的母线电压限制的，电机将得不到所需求的电压以及转速。

　　在变频器以及电机都不变的情况下，电机的转速想要超过其额定转速，就需要引入弱磁控制的概念。要使电机能够正常运行，电机的感应电势就不能超过其供电电源的电压(此处即变频器)，而电机的感应电势等于电机转速与电机内部磁通的乘积。想要保持感应电势不变，且需要提升电机转速的话，就必须使电机内部磁通减弱，这就是弱磁控制的基础原理。

　　对于目前被广泛应用的永磁同步电机PMSM而言，其弱磁控制的方法源于他励直流电机的励磁原理。当他励直流电机的转速超过其额定转速时，只要将其励磁电流减少，就能降低其励磁磁通，从而可以在保持电机电压不变的情况下提高转速。而对于永磁同步电机而言，其励磁磁通是由永磁铁提供的，不能自由调节，只能通过调节定子电流，根据矢量控制原理及PARK坐标变换原理，通过增加定子直轴电流达到削弱磁场的效果，从而实现弱磁升速目的。

　　基于电动机的原理及其实际设计情况(例如温升限制)，电机的功率需要守恒，而电机的功率等于转速与输出力矩的乘积，因此，当电机通过弱磁控制使速度提升超过其额定转速时，电机的输出力矩就必须减少，从而达到恒功率弱磁升速的效果。

　　1.2 电机的电压平衡方程

　　对于永磁同步电机，其电压平衡方程如下：

　　将电压平衡方程转化成dq坐标系的矢量图如下：

　　根据图1与图2的对比，可以很直观地看到，电机端电压U1(无弱磁时)与U2(弱磁时)相比，U2明显下降，达到弱磁恒速降压的效果，而在此基础上，我们再提高其电机转速指令值，使电机端电压回升到额定值，此时就可得到弱磁恒压升速的效果。