[发明专利]一种永磁电机最优工作点的快速求解方法

说明书

本发明涉及一种永磁电机最优工作点的快速求解方法，属于永磁电机技术领域。通过对永磁同步电机进行电磁仿真分析，获得其不同转速下一定数量的最优工作点；将各转速下电机各最优工作点的转矩与电流幅值一次拟合，转矩与电流初相角进行三次拟合并记录各拟合函数系数；调用已有特定转速对应的数据并反解拟合函数可获取该转速下的任意最优工作点；部分转速下转矩与电流初相角无法拟合时，利用步进法搜索最优工作点；对未生成数据的转速，利用相邻转速数据插值求解；计算一定数量最优工作点下的电机效率，得到永磁电机效率云图。本发明可快速寻获电机各最优工作点，辅助后续快速确定电机全运行范围内损耗、效率特性等，为电机对应控制器设计提供依据。

技术领域

本发明主要涉及一种永磁电机最优工作点的快速求解方法，属于永磁电机技术领域。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单，效率高，功率密度高等优点。永磁同步电机转子结构大致分为表贴式和内置式。表面式转子结构的永磁体安装于转子铁芯的外圆表面，转速一般较低。内置式永磁电机的永磁体安置在转子铁心内部，机械结构更加可靠。内置式永磁电机永磁体抗去磁能力更强，由其转子磁路结构的不对称性产生的磁阻转矩有助于提高电机功率密度与过载能力，并且易于实现弱磁扩速，扩大电动汽车恒功率运行范围，因此广泛应用于电动汽车，航空航天等领域。

用于电动汽车的牵引永磁同步电机常采用最大转矩/电流比控制方式与弱磁控制方式。电机配套逆变器具有输出电压与输出电流的限制，当电动机反电势未超过逆变器电压限制时时，常采用最大转矩/电流比控制方式。当永磁电机转速超过一定数值，输出一定转矩时电机感应反电势超过逆变器电压限制，则需要采用弱磁控制方式使电机的感应反电势处于电压限制内。

应用于电动汽车的永磁同步电机需要具有较宽的转速范围，并且需要在大部分运行区间内具有高效率。对于制造厂商，要对所选用牵引用永磁电机进行性能测试并制作电机的效率云图以评估与检测牵引电机性能，就需要寻找电机在各个工况下的工作点。为了获取电机运行范围内的效率情况，需要获得电机在不同运行状况下的多个最优工作点。设计电机相应控制器过程中，需要提前获取在对应控制方式下的最优工作点用于控制过程中的查找。传统的寻找永磁电机最优工作点的工作需要耗费大量的时间与计算资源，如果能够快速计算得到电机的最优工作点与效率等数据，可以大大提高电机性能测试与控制器设计速度。

发明内容

本发明为了克服目前在内置式永磁电机测试过程及设计电机控制器时寻找电机运行最优工作点过程速度慢，消耗时间长的问题，提出了一种永磁电机最优工作点的快速求解方法，实现了仿真过程中对永磁同步电机各转速下最优工作点的快速寻找。通过编写程序，运行于ANSYS Maxwell软件环境中，可实现对永磁电机最优工作点的快速自动化寻找。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种永磁电机最优工作点的快速求解方法，包括：

(1）对一台永磁同步电机进行电磁仿真分析，永磁同步电机采用最大转矩/电流比控制方式与弱磁控制方式，获得永磁同步电机在不同转速下一定数量的最优工作点；

(2）对各转速下电机各最优工作点的转矩与电流幅值进行线性拟合分析获得拟合一次函数；通过对各转速下电机各最优工作点的转矩与电流初相角进行拟合分析获得拟合三次函数；

(3）将上述所得最优工作点及各最优工作点相关拟合函数系数记录存为数据包；

(4）通过调用数据包中特定转速对应的数据并反解其中的拟合函数以快速获取该转速下的任意最优工作点；对部分转速下转矩与电流初相角无法用三次函数拟合的情况，利用步进法搜索所需最优工作点；对于没有生成数据的转速，利用相邻转速数据插值求解；

(5）根据所获转矩与对应最优电流幅值和电流初相角的拟合方程，选择合适数量的最优工作点，计算各最优工作点下损耗数据与电机输出功率，得到永磁电机效率云图。