永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，步骤如下，一、并行构建饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型，根据饱和磁链模型计算未考虑铁耗效应的转矩矩阵；二、给定转速，基于铁耗模型计算该转速全电流工况下的铁耗矩阵及因铁耗损失的转矩矩阵，从而得到考虑铁耗效应的转矩矩阵；三、搜寻给定转矩下满足约束条件的电流及对应铁耗并计算铜耗，从而获得效率最优的电流工作点。本发明专利技术在给定转速下，利用计算得到的考虑铁耗影响的转矩矩阵提取出满足给定转矩的所有电流工作点和位置坐标，剔除不满足电流极限圆和电压极限圆的电流工作点，计算所有剩余电流工作点的铜耗并提取铁耗，获得损耗最小即效率最优的电流工作点。率最优的电流工作点。率最优的电流工作点。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法


[0001]本专利技术涉及电机
，特别是涉及一种永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成，根据转子结构不同可分表贴式和内置式。因其具有宽转速范围、起动力矩大、噪声小、转矩波动小等优点，在电动汽车、轨道交通、航空航天、风力发电等领域都有着十分广泛的应用。其中能效、功率密度作为电机的重要属性，对永磁同步电机的性能起决定性作用。
[0003]永磁同步电机各种效率最优电流搜寻方法的核心都是通过控制电机的磁链来减少电机的损耗，进而提高电机的能效和功率密度。传统的效率最优电流搜寻方法大多通过建立恒定电感模型，在电流和电压极限圆的约束下，根据恒定电感模型计算搜寻满足需求转矩和转速下的较小的电流，以保证较低的铜耗。传统的搜寻方法存在以下问题：一、永磁同步电机的性能受磁路饱和、空间谐波等效应的影响较大，传统的恒定电感模型无法准确合理的模拟电机实际运行时真实的动态特性。二、由于铁耗的存在会造成转矩的损失，因此永磁同步电机实际运行时的转矩并不等于通过电感或磁链模型直接计算的转矩，传统方法未能考虑铁耗效应对转矩的影响。三、传统的效率最优电流搜寻方法仅考虑铜耗，未考虑铁耗，并没有达到真正意义上的效率最优，且搜寻过程是通过不断迭代循环电流幅值和相位角或者是d、q轴电流，收敛速度慢，搜寻时间长。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术的目的是提供一种永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，以解决传统效率最优电流搜寻方法没有考虑饱和和交叉饱和对电感和磁链的影响、没有考虑铁耗效应对转矩的影响、搜寻收敛速度慢，搜寻时间长和仅考虑铜耗没有考虑铁耗，并未达到真正的效率最优的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、并行构建饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型，根据饱和磁链模型计算未考虑铁耗效应的转矩矩阵；
[0007]步骤二、给定转速，基于铁耗模型计算该转速全电流工况下的铁耗矩阵及因铁耗损失的转矩矩阵，从而得到考虑铁耗效应的转矩矩阵；
[0008]步骤三、搜寻给定转矩下满足约束条件的电流及对应铁耗并计算铜耗，从而获得效率最优的电流工作点。
[0009]步骤一、二、三组成了永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，该方法是一种矩阵计算提取的思想方法，首先基于少量有限元计算并行构建饱和磁链模型和可
基于转速缩放的铁耗模型，根据这两个模型计算获得未考虑铁耗效应的转矩矩阵和需求转速下考虑铁耗效应的转矩矩阵。利用考虑铁耗效应的转矩矩阵生成需求转矩值的等值线，可直接获得转矩等值线上各点对应的i
d
值和i
q
值，利用获得的各电流工作点可进一步得到转矩等值线上各点在考虑铁耗效应的转矩矩阵中的位置坐标。根据此位置坐标在饱和磁链模型矩阵和铁耗矩阵中提取对应的磁链值和铁耗值。下一步计算上述各电流工作点对应的电流幅值和电压幅值，并提取符合电流约束和电压约束的电流工作点，接着计算剩余所有电流工作点的铜耗，根据计算出的铜耗和提取的铁耗得到损耗最小即效率最优的电流工作点，利用此方法可搜寻任意工况下效率最优的电流工作点并计算效率。
[0010]接下来对该过程进行详细介绍。优选地，步骤一所述饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型构建过程为：在囊括电机电流极限圆范围内，以等距或不等距分别划分d轴电流、q轴电流或分别划分电流幅值、相位角作为选取的电流工作点。利用有限元在某一转速ω下对选取电流工作点进行计算，同时获得d轴磁链矩阵、q轴磁链矩阵和在该转速下的铁耗矩阵，对矩阵插值处理，得到囊括电机电流极限圆的所有电流工作点的d轴磁链矩阵q轴磁链矩阵和在该转速下的铁耗矩阵铁耗矩阵包括磁滞损耗矩阵P
Fe_hys_ω
(i
d
,i
q
,ω)和涡流损耗P
Fe_eddy_ω
(i
d
,i
q
,ω)矩阵，即所述饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型：
[0011][0012][0013]P
Fe_hys_ω
(i
d
,i
q
,ω)＝P
Fe_hys_ω
(i
m
,θ,ω)
[0014]P
Fe_eddy_ω
(i
d
,i
q
,ω)＝P
Fe_eddy_ω
(i
m
,θ,ω)
[0015]P
Fe_ω
(i
d
,i
q
,ω)＝P
Fe_ω
(i
m
,θ,ω)＝P
Fe_hys_ω
(i
d
,i
q
,ω)+P
Fe_eddy_ω
(i
d
,i
q
,ω)
[0016]其中i
d
为d轴电流，i
q
为q轴电流，i
m
为电流幅值，θ为电流相位角。
[0017]上文所述电流极限圆即电机所允许的最大电流幅值，电流幅值i
m
又可由d轴电流、q轴电流计算得到：
[0018][0019]优选地，步骤一所述未考虑铁耗效应的转矩矩阵T1是根据d轴磁链矩阵、q轴磁链矩阵和构建的对应电流矩阵通过矩阵计算得到，计算公式如下：
[0020][0021]其中，P为电机磁极对数，i
d_bu
为构建d轴电流矩阵，i
q_bu
为构建q轴电流矩阵。所谓构建的对应电流矩阵是指电流矩阵与饱和磁链矩阵、T1矩阵和铁耗矩阵是相对应的。以饱和磁链矩阵为例，即i
d_bu
和i
q_bu
任意位置坐标处的d轴电流值、q轴电流值所产生的d轴磁链、q轴磁链分别是饱和磁链矩阵相同位置坐标处对应的d轴磁链值、q轴磁链值。
[0022]进一步地，步骤二中所述任意给定转速ω'下的铁耗矩阵P
Fe_ω'
(i
d
,i
q
,ω')根据步骤一获得的可基于转速缩放的铁耗模型得到，计算公式如下：
[0023][0024][0025]P
Fe_ω'
(i
d
,i
q
,ω')＝P
Fe_hys_ω'
(i
d
,i
q
,ω')+P
Fe_eddy_ω'
(i
d
,i
q
,ω')
[0026]优选地，在给定转速ω'下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、并行构建饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型，根据饱和磁链模型计算未考虑铁耗效应的转矩矩阵；步骤二、给定转速，基于铁耗模型计算该转速全电流工况下的铁耗矩阵及因铁耗损失的转矩矩阵，从而得到考虑铁耗效应的转矩矩阵；步骤三、搜寻给定转矩下满足约束条件的电流及对应铁耗并计算铜耗，从而获得效率最优的电流工作点。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，其特征在于：步骤一所述饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型构建过程为：在囊括电机电流极限圆范围内，以等距或不等距分别划分d轴电流、q轴电流或分别划分电流幅值、相位角作为选取的电流工作点；利用有限元在某一转速ω下对选取电流工作点进行计算，同时获得d轴磁链矩阵、q轴磁链矩阵和在该转速下的铁耗矩阵，对矩阵插值处理，得到囊括电机电流极限圆的所有电流工作点的d轴磁链矩阵q轴磁链矩阵和在该转速下的铁耗矩阵P
Fe_ω
(i
d
,i
q
,ω)，铁耗矩阵包括磁滞损耗矩阵P
Fe_hys_ω
(i
d
,i
q
,ω)和涡流损耗P
Fe_eddy_ω
(i
d
,i
q
,ω)矩阵，即所述饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型：,ω)矩阵，即所述饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型：P
Fe_hys_ω
(i
d
,i
q
,ω)＝P
Fe_hys_ω
(i
m
,θ,ω)P
Fe_eddy_ω
(i
d
,i
q
,ω)＝P
Fe_eddy_ω
(i
m
,θ,ω)P
Fe_ω
(i
d
,i
q
,ω)＝P
Fe_ω
(i
m
,θ,ω)＝P
Fe_hys_ω
(i
d
,i
q
,ω)+P
Fe_eddy_ω
(i
d
,i
q
,ω)其中i
d
为d轴电流，i
q
为q轴电流，i
m
为电流幅值，θ为电流相位角。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，其特征在于：所述电流极限圆即电机所允许的最大电流幅值，电流幅值i
m
又可由d轴电流、q轴电流计算得到：4.根据权利要求2所述的永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法，其特征在于：步骤一所述未考虑铁耗效应的转矩矩阵T1是根据d轴磁链矩阵、q轴磁链矩阵和构建的对应电流矩阵通过矩阵计算得到，计算公式如下：其中，P为电机磁极对数，i
d_bu
为构建d轴电流矩阵，i
q_bu
为构建q轴电流矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长钊，李峥琪，王磊，宋健，陈祥龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：