恒功率运行时 电机的弱磁控制

电机的弱磁控制是一种针对永磁同步电机、无刷永磁直流电机的高速域控制策略，核心原理是通过削弱励磁磁场的等效磁通量，打破基速限制，从而拓展电机的恒功率调速运行范围。

电机的调速运行通常分为两个阶段，在基速以下，电机采用恒转矩控制方式，维持励磁恒定或在非常小的范围内波动，调节输入电压，与随转速同比增减的反电动势平衡，只须电枢绕组电流以额定电流为基准小幅调整，就能保证转矩输出稳定，满足设备启动、爬坡等大负载需求；而当电机转速达到基速以上时，若励磁不可调或不变，反电动势将随速度的上调不断增大，导致不同类别的电机运行特性截然不同：一，对于同步电机或直流电机，当输入电压最高限值不足以平衡反电动势时，达到调速上限；二，对于异步电机，励磁由电枢电流提供，反电动势自动与输入电压平衡，输入电压调到最高限值恒定不变后，反电动势也基本不变，意味着速度的上调必然伴随磁场的削弱，不可能维持电枢电流中励磁分量不变的状态，否则反电动势随速度同比增长，无法与恒定输入电压相互平衡。由此可见，输入电压有上限，导致电机调速上限的拓展依赖于弱磁的水平。异步电机基频以上调速时，因调高速度依赖于频率上调，励磁回路阻抗会随速度提高而增大，施加到励磁回路上的电压却不变，导致励磁电流减小，抑制速度提高使反电动势增大的效应，实现反电动势和恒定输入电压的自动平衡。励磁可调的同步电机和直流电机理论上也没有调速上限或可以无限上调，永磁同步电机和无刷永磁直流电机因励磁不可调，存在极限速度，必须探索其他手段干预磁场。

弱磁控制主要适用于需要宽调速范围的设备，例如新能源汽车高速巡航、工业高速主轴、轨道交通牵引系统等场景，其核心控制目标是在保证电机输出功率稳定的前提下提升转速，同时规避过流、过压等故障。在实现方式上，主流做法是在矢量控制框架下，将d轴电流（励磁电流分量）调整为负值，以此达到削弱气隙磁通的目的。但弱磁程度并非无限制，需受电机功率器件耐压能力、定子绕组发热情况以及永磁体退磁风险等因素约束，过度弱磁会导致电机效率下降、转矩波动增大。总体而言，弱磁控制有效解决了电机的“基速瓶颈”问题，让同一台电机既能在低速段输出大转矩，又能在高速段保持额定功率运行，大幅提升了电机的调速灵活性和功率密度，是高端调速系统中不可或缺的核心控制技术。