[发明专利]一种准确并且快速分析永磁电机电磁性能的方法

说明书

本发明涉及一种准确并且快速分析永磁电机电磁性能的方法，属于永磁电机技术领域。本方法对同一永磁同步电机的电磁特性进行仿真分析，分别通过将电机绕组激励方式设置为理想正弦电流源激励、理想正弦电压源激励的方式，以及采用矢量控制系统对有限元电机模型进行控制和采用矢量控制系统对查找表电机模型进行控制，并采用矢量控制系统对获得四种模型下的电机电磁性能；通过与实验结果的对比，说明采用矢量控制系统的模型拥有最高的精度，采用理想电压源激励的模型能够在满足精度的前提下，加快仿真的速度，提高仿真效率。本发明可准确并快速地分析永磁电机实际运行中的电磁特性。

技术领域

本发明涉及一种准确并且快速分析永磁电机电磁性能的方法，属于永磁电机技术领域。

背景技术

永磁同步电机因其具有体积小，重量轻，效率高，功率密度高等优点而受到广泛应用。按转子结构分，可将永磁同步电机分为表贴式和内置式两类。表贴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。在电磁性能方面，内置式永磁电机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，可以扩大电动汽车恒功率运行范围，因此广泛应用于电动汽车领域。

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。一般在仿真中采用的分析效率的方法，是通过采用理想正弦电流源激励的模型(模型一)的仿真得出电机在各点的效率，但是其忽略了电机实际运行时，电流谐波引起的损耗增大。出于舒适度的考虑，应用于电动汽车的永磁同步电机需要具有较小的噪声。对电机噪声进行的仿真分析需要建立在准确分析电磁力的基础上，而一般采用的通过模型一的仿真不够精确。而采用矢量控制系统对有限元电机模型进行控制的模型(模型三)的方式虽然能够准确获取电磁特性，但是耗时太久。因此需要研究既能保证仿真精度，同时能减小仿真时间的方法。

发明内容

为了克服目前在分析永磁同步电机电磁特性时，一般采用的理想正弦电流源激励的方式(模型一)分析电机性能时不够准确，而矢量控制系统对有限元电机模型进行控制的模型(模型三)分析电机性能虽然准确但是耗时太久的问题，本发明提出了一种准确并且快速分析永磁电机电磁性能的方法。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种准确并且快速分析永磁电机电磁性能的方法，包括如下步骤：对同一永磁同步电机的电磁特性进行仿真分析，分别通过将电机绕组激励方式设置为理想正弦电流源激励、理想正弦电压源激励的方式，以及采用矢量控制系统对有限元电机模型进行控制和采用矢量控制系统对查找表电机模型进行控制，并采用矢量控制系统对获得四种模型下的电机电磁性能；通过与实验结果的对比，说明采用矢量控制系统的模型拥有最高的精度，采用理想电压源激励的模型能够在满足精度的前提下，加快仿真的速度，提高仿真效率。

所述采用理想正弦电流源激励的模型中，电机绕组激励方式为电流源激励，根据工作点设置电流的幅值和初始角度。

所述采用理想正弦电压源激励的模型中，电机绕组激励方式为电压源激励，根据工作点设置相电压的幅值；通过调整负载转矩的方式，使电机从静止状态起动并稳定至所需工作点。

所述采用矢量控制系统对有限元电机模型进行控制的模型中，对采集的三相电枢绕组电流先进行Clark变换再进行Park变换得到电机直轴电流i_d和交轴电流i_q；通过电流闭环控制使i_d和i_q稳定在给定值。

所述采用矢量控制系统对查找表电机模型进行控制的模型中，通过获取在不同的i_d和i_q下的三相电感，并根据永磁同步电机数学方程建立电机查找表模型；该模型的控制结构与采用矢量控制系统对有限元电机模型进行控制的模型相同，而用该查找表电机模型代替有限元电机模型。

本发明的有益效果如下：