车用永磁同步电机考虑转子异步损耗高效率控制研究

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为了应对全球温室效应、推动全球绿色生态健康发展的重要目的,发展新能源汽车是我国汽车行业目前面临的机遇与挑战。在新能源汽车身上有一个重要的部件,作为动力输出的根本来源,都离不开驱动电机。而作为驱动电机之一的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM),它的效率和功率密度高、转动震荡小、动态响应快,因此作为电气设备广泛用于新能源汽车的驱动。另外,作为驱动电机的永磁同步电机研究的深度决定了车用永磁同步电机的性能好坏,也联系到了我国新能源汽车发展产业的一个重要节点,故本文在其传统的永磁同步电机驱动基础上着重研究整个系统效率的性能:(1)针对内置式PMSM,建立其动态模型,分别采用FOC和滑模DTC进行仿真验证。在a-b-c三相坐标系下建立了数学动态模型,通过推导发现其模型非常复杂,因此介绍了坐标空间变换原理。通过坐标变换简化了PMSM的数学模型并得到在d-q轴下PMSM的动态方程,实现简化目的,单一控制简化了PMSM的数学模型。阐述了电压空间矢量调制SVPWM的算法并搭建其仿真模型;最后根据电动汽车控制要求加上PMSM的特点,并以SVPWM为调制针对PMSM控制,设计了传统FOC控制模型和基于滑模DTC控制模型,并进行了简单的仿真实验。(2)然后,提出了一种基于模型搜索法的PMSM最小损耗控制方法。阐述和分析了一种搜索算法-黄金分割算法,设计了搜索最优磁链的模型。阐述了的基于模型搜索法的PMSM最小损耗控制策略实现的原理。最后在给定转矩eT和Nr转速下求解PMSM定子磁链值,利用仿真分别在PMSM的基速以下和基速以上建立PMSM仿真模型验证所提出的控制策略。根据仿真结果图可以看出,在稳态时同一工况下基于模型搜索法的PMSM最小损耗控制策略效率为88.3%,而传统di(28)0控制效率为87.8%,所以提出的控制策略方法比传统di(28)0控制在稳态时有较好的控制性能。(3)分析车用电机工作状态考虑了电机在异步运行时产生的异步损耗,建立了考虑电机异步运行转子涡流损耗的等效电路模型,并推导了其动态方程,提出了一种考虑电机异步运行转子涡流损耗的PMSM最小损耗控制方法。分别在PMSM同步和异步运行下求解电机方程。电机同步运行时,此时损耗模型等价于传统只考虑铁耗的损耗模型,利用最优磁链搜索控制器搜索当前工况下PMSM的最优磁链并计算最优d轴电流;电机异步运行时,基于同步计算得到的值作为异步计算的初值,求解给定转速、转矩下最优d轴电流;根据转差速度判定,在同步-异步之间切换。仿真分析了PMSM在基速以下、基速以上宽转速范围内高效率控制策略,并与基于模型搜索法的PMSM最小损耗控制策略比较分析。根据仿真结果图可以看出,在动态时同一工况下提出的控制策略效率为91.2%,而基于模型搜索法的PMSM最小损耗控制策略效率为89.5%,所以考虑转子异步损耗的PMSM最小损耗控制策略有更好的控制性能。
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