[發(fā)明專利]永磁同步電機最大效率轉(zhuǎn)矩比控制方法及控制器

有效

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• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109831138B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉平;黃守道;陳常樂;王建武;覃思雨;李力爭
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/05
• 代理公司: 北京旭路知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11567
• 代理人: 瞿衛(wèi)軍;莫舒穎

本發(fā)明涉及一種永磁同步電機最大效率轉(zhuǎn)矩比控制方法及控制器，所述方法包括：S1、根據(jù)給定的永磁同步電機的目標轉(zhuǎn)矩，采用MTPA曲線迭代獲取目標轉(zhuǎn)矩對應的最小電流工作點下的定子dq軸電流；S2、根據(jù)電機約束條件，建立永磁同步電機工作點選取模型；S3、根據(jù)永磁同步電機的目標轉(zhuǎn)矩，當前永磁同步電機的電壓極限橢圓、電流極限圓，基于永磁同步電機工作點選取模型，獲取新的工作點。上述方法相較于線性化方式大大弱化了電壓約束條件，可獲得更佳的動態(tài)響應；能準確的求取MTPA曲線與電流限制曲線或電壓限制曲線的交點避免了出現(xiàn)因計算誤差而導致的轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定甚至震蕩情況的出現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電機控制技術(shù)，尤其涉及一種永磁同步電機最大效率轉(zhuǎn)矩比控制方法及控制器。

背景技術(shù)

永磁同步電動機以其體積小、效率高、功率密度大等優(yōu)點而成為最具競爭力的電動汽車牽引電機，目前在日本的電動汽車上已得到了廣泛的應用.永磁同步電機組成的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)優(yōu)良的動態(tài)性能、高精度和很寬的調(diào)整范圍，在要求高性能、快速響應的場合具有很好的應用前景。因此，電動機性能的好壞，將很大程度上決定了電動汽車性能的優(yōu)劣。永磁同步電機具有高功率密度、高效率和優(yōu)良的調(diào)速性能，因此成為了我國電動汽車的主流驅(qū)動電機。隨著科技的飛速發(fā)展，人們?nèi)諠u追求著更高的功率密度，與之而來的便是更小的電機及逆變器體積、不斷提高的逆變器開關(guān)頻率，這將給永磁同步電機帶來越來越大的熱環(huán)境的挑戰(zhàn)。惡劣的熱環(huán)境將嚴重限制永磁同步電機性能的發(fā)揮，并導致定子繞組絕緣老化、甚至導致永磁體退磁。在不改變現(xiàn)有硬件的基礎(chǔ)上，通過改進永磁同步電機的控制策略來提高其運行效率，則能減小電機發(fā)熱，改善電機的熱環(huán)境。同時，電動汽車的續(xù)航能力一直是電動汽車在推廣過程中有待解決的問題之一。效率及其區(qū)間范圍在很大程度上影響了新能源汽車的續(xù)航能力，制約其進一步的發(fā)展和應用。我國針對新能源汽車運行效率問題，將驅(qū)動系統(tǒng)效率80％以上區(qū)間定義為高效區(qū)間，且高效區(qū)間應超過80％的范圍。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：可改善電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的熱環(huán)境，更好地發(fā)揮電機性能，提高電機壽命，提高電動汽車動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應，使電動汽車具有更佳的動力性能。

為了以最小的定子電流達到目標轉(zhuǎn)矩，從而將定子銅耗降至最小并發(fā)揮出永磁同步電機的最大轉(zhuǎn)矩性能，通常對永磁同步電機進行MTPA(MaximumTorquePerAmpere，MTPA)控制。但永磁同步電機的反電動勢正比于電機轉(zhuǎn)速，當單機端電壓到達逆變器所能輸出的最大值時，如果仍采用MTPA控制，隨著轉(zhuǎn)速的進一步提高，電機的輸出轉(zhuǎn)矩將迅速下降。這將導致永磁同步電機無法以較高的轉(zhuǎn)速運行，從而無法滿足電動汽車驅(qū)動電機的要求。

永磁同步電機的勵磁磁場由永磁體產(chǎn)生，因此無法像異步電機那樣容易弱磁。80年代ThomasM.Jahns等人開始對永磁同步電機的弱磁控制進行探索，90年代后弱磁控制的基本原理被不斷并最終完善。弱磁控制指出，對于永磁同步電機，只能通過注入負的d軸電流以實現(xiàn)直軸去磁，從而在更寬的調(diào)速范圍內(nèi)獲得較好的轉(zhuǎn)矩性能。近年來發(fā)展出很多基于弱磁理論的永磁同步電機的控制策略，如轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制。轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制是一種轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應最優(yōu)的控制策略，采用矢量控制的驅(qū)動電機在額定轉(zhuǎn)速附近的運行效率較高，但遠離額定轉(zhuǎn)速區(qū)的效率不高。所以為了提高電機的運行效率，最小損耗控制等控制方法被提出，但最小損耗控制的動態(tài)響應難以滿足電動汽車頻繁啟停、變速的要求。

專利《一種永磁同步電機的工作電流確定方法及裝置》(專利號：CN107959452A)介紹了永磁同步電機多種工況下的交直軸電流的確定方法，但是，該方法對于較遠的新工作點交直軸電流計算所需迭代次數(shù)多，導致系統(tǒng)響應速度也相對較慢。特別是針對電動汽車應用在中速、中高負載情況下的新工作點的初始迭代點固定也相對較慢。

因此，提出針對電動汽車應用，解決其運行在中速、中高負載情況下的交直軸電流的一種永磁同步電機最大效率轉(zhuǎn)矩比控制方法是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

(一)發(fā)明目的