场弱化:扩大发动机转速范围

什么是场衰减?

场弱化(Field Weakening)是一种将永磁电机的运行转速范围扩展到其额定转速之外的技术。在此过程中,转子的有效磁场被逐步减弱——以牺牲可用扭矩为代价,获得了额外的转速。

为什么这很重要?

每个永磁电机都有一个自然转速上限,该上限由其反电动势常数和电源电压决定。超过该转速时,产生的反电动势与总线电压相等,无法向电机输入更多电流。

场弱化消除了这一限制,并使以下应用成为可能:

  • 电动汽车中的轮毂电机,既需要低转速下的高扭矩,又需要高速运行
  • 需要宽转速范围且无需更换齿轮箱的丝杠驱动装置
  • 自动化中的快速移动
  • 无齿轮直接驱动装置,其中机械转速范围必须最大化

它是如何运作的?

在永磁同步电机中,转子的永磁体产生恒定的磁场。在正常的 FOC 操作中,直流分量 (Id) 被保持为零,以最大限度地提高转矩效率。

场弱化有针对性地注入负的 Id 成分——一种部分抵消转子磁铁的磁场。这会降低有效磁通量,降低给定转速下的反电动势,使电机能够继续加速。

三个参数控制行为:

  • 启动转速——开始减弱磁场的转速
  • 转速——达到最大磁场减弱时的转速
  • 百分比——场强衰减程度

减速在起始转速和终止转速之间线性应用。超过 25% 的值可能会导致不稳定。

重要提示:场弱化是一项专家功能。错误设置可能会导致:

  • 电机的消磁(永久性损坏)
  • 因损失增加而导致过热
  • 当驱动器在高速运转时关闭时,会发生危险的过电压(反电动势可能超过总线电压)。

反电动势电压不得超过 80 V 峰值。建议进行速度或位置控制——使用弱磁控制转矩可能会导致加速失控。

SOMANET 如何实现这一点?

在 SOMANET 驱动器上,通过扭矩控制器对象 (0x2010,子索引 4-7) 配置场弱化——通过 OBLAC Drives 或直接通过对象字典。该功能可在所有支持 PMSM 电机(永磁同步电机)的 SOMANET 平台上使用。

鉴于这些风险,Synapticon 建议在投入实际使用之前,先对已激活的安全功能(SLS、SMS)进行彻底测试。

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