论文部分内容阅读
电能的利用在现代社会不可或缺,对电能的高效利用是现代科技的重要研究方向之一。国内外均不断推崇并提高节能环保理念在人们心中的地位,政府在倡导节能减排的同时也制定了相关政策。尤其近年来,电动汽车的迅猛发展更是体现了人们对能源与环保的重视。电机作为能源消耗的关键组件之一,电机的效率提升有着极为重要的研究和实用价值。各种类型电机中,永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motor,PMSM)在功率密度、效率、可靠性与可维护性等多方面有着难以替代的优势。永磁同步电机效率优化策略大多针对电机铜损、电机铜损和铁损及针对控制系统稳态时输入功率,但是电机运行与控制器密不可分,应将电机及控制器作为整体研究其控制系统优化策略。如何提高电机及控制器系统的总效率,对系统效率进行动态寻优控制,以实现系统效率最优是本文研究的主要内容。文章分析了现有的最大转矩电流比(Maximum Torqueper Ampere,MTPA)控制策略、基于铁损等效模型的电机最小损耗控制策略、最小输入功率控制策略三类效率优化策略的基本原理和实现方法,并定性分析了PMSM控制系统中各损耗的来源、死区效应及其对效率的影响。分析结果表明:三类优化策略主要针对与损耗相关的单一指标进行优化,在改指标得到优化时会影响系统整体效率,并不能实现系统整体效率最优。针对该问题,提出了直接计算PMSM系统效率并对其进行极大值寻优的控制策略,结合矢量控制原理实现PMSM控制系统的能效最优控制。为了提高计算效率,减小计算开销,论文提出了将电压矢量分布于三个扇区计算空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPMW)的计算方法,以简化计算过程减少计算量。通过Matlab搭建仿真模型,对MTPA控制策略和论文提出的系统效率最优控制策略进行仿真验证,对仿真结果进行对比分析。仿真结果表明本文提出的系统效率最优控制策略相比于MTPA控制策略效率有所提高;通过实物硬件对提出的控制策略进行了实验验证,系统可以稳定运行,实际测量输出功率约42W时,系统效率最优控制策略相比于MTPA控制策略效率提高0.7%。