[发明专利]永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法

说明书

永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，属于电机领域，本发明为解决传统电机效率MAP图的计算需要通过进行反复多次的有限元仿真或试验，计算量大，计算时间长的问题。本发明方法包括以下步骤：步骤一、利用全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取电机在全速域范围内的多个工作点的电流轨迹；步骤二、根据步骤一的电流轨迹计算出对应工作点的铜损；步骤三、利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损；步骤四、根据步骤二的铜损和步骤三的铁损生成全速域效率MAP图。

技术领域

本发明涉及一种适用于永磁同步电机的全速域效率MAP图快速计算方法，属于电机领域。

背景技术

近年来传统汽车保有量激增，造成的环境污染问题日益严重，逐步成为加剧全球变暖和温室效应的重要因素之一。同时，传统汽车使用内燃机，其能量转化率较低，且十分依赖石油等不可再生资源，环境污染和能源危机的双重压力促使传统汽车产业逐步向新能源汽车方向发展。稀土永磁同步电机具有高功率因数、高功率密度、高效率、高可靠性等优点，被广泛应用于电动汽车，轨道交通，家用电器，航空航天和国防工业等领域。稀土永磁电机按转子结构不同可以分为表贴式永磁同步电机和内置式永磁同步电机，其中内置式永磁同步电机的交、直轴电感不同，利用电感的不对称性可以产生额外的磁阻转矩，进而提高电机的转矩输出能力。

电机效率MAP图是测试电机性能的一个关键指标，用来反映电机在不同转速、转矩下的效率分布情况，电机效率MAP图不仅可以反映电机性能的好坏，还可以为电机的运行控制策略的制定提供指导，一般尽量使电机工作在高效运行区间。但是电机效率MAP图的计算一般需要通过进行反复多次的有限元仿真或试验，计算量大，计算时间长。以有限元计算电机效率MAP图为例，传统计算方式确定电流轨迹的过程复杂，确定电流轨迹后还需要将电流工作点带入有限元仿真中计算相应工作点的铁损，进而计算电机在相应工作点的效率，计算过程复杂，计算量大，计算时间长。

发明内容

本发明目的是为了解决传统电机效率MAP图的计算需要通过进行反复多次的有限元仿真或试验，计算量大，计算时间长的问题，提供了一种永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法。本方法仅在前期建立电机非线性负载磁链模型时需要进行少量的有限元仿真或试验工作，在效率MAP图计算方法实施过程中不再需要进行有限元仿真或试验，计算简单，计算量小，计算速度快。

本发明所述永磁同步电机的全速域效率MAP图生成方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法获取电机在全速域范围内的多个工作点的电流轨迹；

步骤二、根据步骤一的电流轨迹计算出对应工作点的铜损；

步骤三、利用非线性负载磁链模型和基于改进的Steinmetz方程的简化铁损计算模型计算相应工况下的电机铁损；

步骤四、根据步骤二的铜损和步骤三的铁损生成全速域效率MAP图。

优选地，步骤一中所述全速域效率最优控制电流轨迹搜索方法为：电机运行在基速值以下时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；电机运行在基速值以上时，在给定的转矩指令、转速指令、电压极限、电流极限下，采用弱磁区效率最优控制方式获取电流幅值最小的电流工作点作为电流轨迹；

采用MTPA控制方式获取电流幅值最小的电流工作点的过程包括电流角迭代循环步骤和电流幅值迭代循环步骤，首先进行电流角迭代循环步骤，电流角迭代方向为电流幅值减小的方向；在进行电流角迭代过程中，嵌套电流幅值迭代循环步骤，用以确定每个电流角对应的电流幅值，电流幅值的迭代方向为给定转矩与实际转矩误差减小的方向，当电流角的迭代区间小于给定电流角迭代精度，认为电流幅值已经收敛至最小值，输出MTPA电流轨迹；