一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，步骤为：一、并行构建饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型，计算未考虑铁耗效应的转矩矩阵模型；二、利用步骤一模型计算永磁同步电机转速

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法


[0001]本专利技术涉及电机
，特别是涉及一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法。

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、功率密度以及可工作点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]电机效率MAP通常用于表示和比较电机的性能，是电机效率与转矩和转速的等值线图。效率MAP图不仅体现了电机的转速
‑
转矩能力包络线，而且显示了电机所有可能工作点在某种控制方法下的效率。永磁同步电机的效率MAP图一般通过实验或有限元的方法获得，若通过实验获得不仅需要复杂和精确的设备进行测试，且需要测试大量工作点，每一个工作点也需要测试多次以获得所选控制方法所需的控制电流；同样的，有限元方法获得效率MAP也需要大量反复计算，耗时耗力，成本较高。此外，也有利用永磁同步电机电感模型或者磁链模型来计算电机效率MAP，但一般计算时未能考虑到铁耗效应对转矩的影响，导致效率MAP图保真性不高。

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高保真效率MAP快速计算生成方法，以解决传统电机效率MAP图通过实验或有限元方式获得需要反复大量的计算，导致工作量大，成本高的问题或是通过电感或磁链模型计算效率MAP时未能考虑铁耗效应对电机转矩的影响导致结果保真性不高的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，该方法包括以下步骤：
[0006]一、并行构建饱和磁链模型和可基于转速缩放的铁耗模型，利用饱和磁链模型计算未考虑铁耗效应的全电流工况下的转矩矩阵模型；
[0007]二、等距划分电机转速，利用可基于转速缩放的铁耗模型可计算划分各转速下全电流工况对应的铁耗矩阵，进一步计算各转速下因铁耗损失的转矩矩阵和考虑铁耗效应的转矩矩阵。提取各转速下满足电流极限圆和电压极限圆所能达到的最大转矩，获得电机转速
‑
转矩包络线；
[0008]三、在转速
‑
转矩包络线内选取计算效率MAP所需的转速
‑
转矩组合，利用永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法搜寻各工况电流工作点及对应铁耗并计算铜耗；
[0009]四、利用步骤三的铁耗和铜耗生成效率MAP。
[0010]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:
[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]步骤一所述未考虑铁耗效应的全电流工况下的转矩矩阵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]优选地，步骤二所述利用可基于转速缩放的铁耗模型计算划分各转速下全电流工况对应的铁耗矩阵，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]利用此公式可计算任意划分转速ω'下全电流工况的铁耗矩阵。
[0027]优选地，在给定转速ω'下，步骤二所述因铁耗损失的转矩矩阵T2是利用铁耗矩阵P
Fe_ω'
计算得到，计算公式如下：
[0028]T2＝P
Fe_ω'
/ω'
[0029]对于电动机，在给定转速ω'下，步骤二所述考虑铁耗效应的转矩矩阵T，计算方法
为用未考虑铁耗效应的转矩矩阵T1减去因铁耗损失的转矩矩阵T2：
[0030]T＝T1‑
T2[0031]对于发电机，计算方法为用未考虑铁耗效应的转矩矩阵T1加上因铁耗损失的转矩矩阵T2：
[0032]T＝T1+T2[0033]进一步地，步骤二所述转速
‑
转矩包络线获得方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，其特征在于，包括如下步骤：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，利用饱和磁链模型计算未考虑铁耗效应的全电流工况下的转矩矩阵模型；步骤二、等距划分电机转速，利用可基于转速缩放的铁耗模型可计算划分各转速下全电流工况对应的铁耗矩阵，进一步计算各转速下因铁耗损失的转矩矩阵和考虑铁耗效应的转矩矩阵；提取各转速下满足电流极限圆和电压极限圆所能达到的最大转矩，获得电机转速
‑
转矩包络线；步骤三、在转速
‑
转矩包络线内选取计算效率MAP所需的转速
‑
转矩组合，利用永磁同步电机考虑铁耗效应的效率最优电流搜寻方法搜寻各工况电流工作点及对应铁耗并计算铜耗；步骤四、利用步骤三的铁耗和铜耗生成效率MAP。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，其特征在于：步骤一中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所述的一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，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所述的一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，其特征在于：步骤一所述未考虑铁耗效应的全电流工况下的转矩矩阵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；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。
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机高保真效率MAP快速计算生成方法，其特征在于：步骤二中所述利用可基于转速缩放的铁耗模型计算划分各转速下全电流工况对应的铁耗矩阵，计算公式如下：铁耗矩阵，计算公式如下：P
Fe_ω'
...

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