[发明专利]内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法及控制系统

摘要

本发明公开了内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法，根据实验测得的电机空载反电动势和转速，求取电机转子永磁磁链；控制IGBT输出交、直轴电流，测得电机交轴电感与交轴电流，及直轴电感与直轴电流对应关系的实验数据；依据满足MTPA条件的转矩与交轴电流的计算公式，通过给定交轴电流，得到数个等间隔的转矩数值，并按照符合MTPA条件的交、直轴电流关系，求得对应转矩下的直轴电流；依据得到的零至最大转矩的数个等间隔转矩数值，拟定出转矩与交、直轴电流关系的MTPA曲线。本发明针对公式计算法精度不高，实验测试法操作繁杂等问题，提出了一种能兼顾计算和精度要求的内嵌式永磁同步电机MTPA曲线综合拟定法和控制系统。

主权项

1.内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法，其特征在于：/n根据实验测得的电机空载反电动势和转速，求取电机转子永磁磁链；/n控制IGBT输出交、直轴电流，测得电机交轴电感与交轴电流，及直轴电感与直轴电流对应关系的实验数据；/n依据满足MTPA条件的转矩与交轴电流的计算公式，通过给定交轴电流，得到数个等间隔的转矩数值，并按照符合MTPA条件的交、直轴电流关系，求得对应转矩下的直轴电流；/n依据得到的零至最大转矩的数个等间隔转矩数值，拟定出转矩与交、直轴电流关系的MTPA曲线；/n极对数为4，额定转速为1600rpm，额定转矩为358Nm，最大转矩为1200Nm，额定功率为60kW，最大功率为90kW的内嵌式永磁同步电机的MTPA曲线拟合方法的具体步骤如下：/n⑴依据内嵌式永磁同步电机转矩计算公式：/nT_e＝1.5p[ψ_fi_q+(L_d－L_q)i_d i_q]/n其中：T_e为电机转矩，p为电机极对数，ψ_f为电机转子永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感，i_d为直轴电流，i_q为交轴电流；当电机选定后，p为常量；在忽略温度等因素对转子磁链影响的情况下，ψ_f亦为常量；L_d和L_q具有电流饱和特性，并非常量，分别随i_d和i_q的变化而变化，因此需要根据实验，对L_d和L_q的值进行测量；由此可见，T_e其实是L_d、L_q、i_d，及i_q的函数；/n⑵依据内嵌式永磁同步电机在空载运行下，有：/nψ_f＝e₀/ω/n其中：ψ_f为电机转子永磁磁链；e₀为当前转速下的空载反电动势；ω为当前的电机转速；通过实验，测出各转速下对应的电机转子永磁磁链，并取算术平均值，求得当前电机的ψ_f为0.3814852Wb；/n⑶依据电机转子磁场定向求解交、直轴电感与交、直轴电流的关系/n通过电机位置传感器，完成对电机转子的磁场定向，并锁定转子磁极位置，控制IGBT分别施加i_q和i_d，测出对应的随i_q、i_d变化的L_q、L_d关系数据；依据电机的运转工况，可测试满足定子电流从零至峰值电流情况下的L_q-i_q、L_d-i_d数据曲线；/n为了减小单片机运算量，需要将测试的L_q-i_q、L_d-i_d数据进行预处理，通过线性插值、算术平均，及最小二乘法等算法，求得i_d、i_q等间隔电流数值下的L_d与L_q数据；/n⑷依据满足MTPA条件的转矩、电流计算公式：/n /n其中，p为常量，且通过前面的计算和测试，ψ_f、L_d、L_q均已成为已知量；考虑到L_d-i_d、L_q-i_q的联动关系，设定L_d为某一固定数值，并引入随设定i_q动态变化的L_q自动求解算法；由此，可求得等转矩间隔数值下的多组T_e-i_q、L_q关系数据；/n⑸依据符合MTPA条件的i_d-i_q关系：/n /n在设定L_d为固定数值时，由此计算公式可以根据动态的i_q反推得到动态的i_d；即，可求得等转矩间隔数值下的多组T_e-i_q、L_q、i_d、L_d关系数据；/n但考虑到L_d并非常量，因此，还需要通过迭代算法，将L_d-i_d关系数据代入到前面设定L_d为固定数值的关系中；在满足最大误差要求的条件下，经过多次迭代，可最终求得真正意义上的，符合MTPA控制策略的等转矩间隔数值下的多组T_e-i_q、L_q、i_d、L_d关系数据；/n⑹依据T_e-i_q与T_e-i_d关系数据拟合MTPA曲线/n由上可知，设定不同的i_q，会对应不同的T_e-i_q、L_q、i_d、L_d关系数据；考虑到电机运行的整个范围，我们通过设定i_q，生成了从零转矩至最大转矩1200Nm等转矩间隔数值的多组T_e-i_q、L_q、i_d、L_d关系数据，最终由T_e-i_q与T_e-i_d数据拟合出了MTPA曲线。/n