永磁同步電機(jī)，最基本的組成結(jié)構(gòu)定子和轉(zhuǎn)子。定子與異步電機(jī)轉(zhuǎn)子類似，由絕緣銅線繞制而成。轉(zhuǎn)子包含永磁體，并具備確定的極數(shù)，建立電機(jī)的主磁場(chǎng)。

與異步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)的電、磁和力的關(guān)系更簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)一定的坐標(biāo)變換，可以實(shí)現(xiàn)電流與力矩的解耦。

1、坐標(biāo)變換

列舉，永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速用到的相關(guān)坐標(biāo)變換。A-B-C 坐標(biāo)系，以定子鐵芯的圓心為原點(diǎn)，以定子三相繞組為A、B、C三個(gè)方向?yàn)檩S向，軸與軸之間夾角120°。α-β坐標(biāo)系，與A-B-C坐標(biāo)系在同一個(gè)平面，共享同一個(gè)原點(diǎn)，α軸與A軸重合，β軸與α軸成90°角。d-q坐標(biāo)系，d軸與轉(zhuǎn)子永磁鐵磁極N極重合，并跟隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。q軸，與d軸在逆時(shí)針?lè)较蛏铣?0°角。

2、基頻以下調(diào)速

磁場(chǎng)定向控制：磁場(chǎng)定向，即在d-q坐標(biāo)系下，電機(jī)參數(shù)中，如勵(lì)磁電流，影響力矩的部分，是參數(shù)投影到q軸的分量。而投影到d軸上的部分，則不必考慮，即通常所說(shuō)的id=0方法。此方法下，電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)速的決定因素是控制器最高供電電壓。磁場(chǎng)定向控制策略的局限在于，不能體現(xiàn)勵(lì)磁電流影響磁場(chǎng)的部分參數(shù)變化，因此不能進(jìn)行弱磁控制。

3、基頻以上調(diào)速

直接轉(zhuǎn)矩法，出發(fā)點(diǎn)是想要通過(guò)控制轉(zhuǎn)矩公式中的參數(shù)去直接對(duì)轉(zhuǎn)矩輸出值產(chǎn)生影響。選擇矩角作為控制對(duì)象。以內(nèi)置式轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)為例，說(shuō)明具體方法。在電源電壓和定子磁場(chǎng)頻率恒定的情況下，電機(jī)實(shí)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩，與矩角的正弦值成正比。

可以在離線狀態(tài)下，計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)矩角對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩值，形成一張矢量表，存放在上位機(jī)。在電機(jī)控制器運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)觀測(cè)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩角，并提取表格中的原始值進(jìn)行比對(duì)。發(fā)現(xiàn)與表格的值有出入，則調(diào)整電源電壓值，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩修正。直接轉(zhuǎn)矩法，魯棒性好，算法簡(jiǎn)單，并且不需要坐標(biāo)變換，在早期是應(yīng)用較多的一種控制方法。但這種方法在低轉(zhuǎn)速情況下，控制精度急劇下降。因此可以選擇僅在基頻以下使用。

4、最大力矩電流比控制策略

將電流在d-q坐標(biāo)系下解耦，再分別求取每個(gè)分量的轉(zhuǎn)矩電流最大比，目的是獲得確定勵(lì)磁電流下的最大轉(zhuǎn)矩。

用求取二階導(dǎo)數(shù)的方式確定極大值的存在性。在調(diào)速區(qū)間內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)矩電流比求導(dǎo)，二階導(dǎo)數(shù)小于0，則轉(zhuǎn)矩電流比最大值存在。