[发明专利]一种非对称内置式永磁电机的最大转矩电流比控制方法

说明书

本发明公开了一种非对称内置式永磁电机的最大转矩电流比(Maximun TorquePerAmpere,MTPA)控制方法，本发明选择最大磁阻轴线作为直轴建立非对称内置式永磁电机的数学模型；根据数学模型获得MTPA电流轨迹方程；进一步判断电流轨迹方程与电流极限圆相交情况，确定MTPA电流轨迹，并考虑非对称运行特性计算对应的正负输出转矩范围，得到交直轴参考电流。相比传统永磁电机的非线性MTPA电流轨迹，本发明降低了控制复杂度，进一步提高了电机转矩输出能力，提高运行效率，且考虑了电机非对称运行特性，设计得到的MTPA电流轨迹适用于包括正负转矩输出在内的运行区域。

技术领域

本发明属于非对称永磁电机运行控制领域。具体来说，涉及一种非对称内置式永磁电机的最大转矩电流比控制方法。

背景技术

非对称内置式永磁电机是在传统内置式永磁电机的基础上，利用混合转子结构或辅助磁障实现永磁轴线与最大磁阻轴线相移的电机，其非对称转子结构使得永磁转矩和磁阻转矩有可能在相同的电流角下达到峰值，转矩分量利用率得到提升。

目前针对非对称内置式永磁电机的研究主要集中在提升电机转矩密度的结构设计与优化上，考虑电机转子非对称结构的控制策略缺乏相应的研究。最大转矩电流比控制(Maximun Torque PerAmpere,MTPA)通常用于传统永磁同步电机中优化电流角，在输出电磁转矩相同的情况下使定子电流最小，降低功率损耗，提高运行效率。但是传统永磁电机需要求解非线性方程得到最佳电流角，计算量大，控制复杂，而非对称内置式永磁电机中永磁转矩峰值和磁阻转矩峰值可以在相同的电流角下得到，进而减小MTPA控制复杂度。此外，虽然非对称内置式永磁电机的最大正转矩得到提升，但由于永磁转矩和磁阻转矩的方向相反，电机的最大负转矩反而降低了，现有技术中均未涉及非对称内置式永磁电机在考虑非对称运行特性情形下的MTPA控制方法设计，为此我们提出一种非对称内置式永磁电机的最大转矩电流比控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非对称内置式永磁电机的最大转矩电流比控制方法，相比于传统IPM电机的非线性MTPA电流轨迹大大降低了控制复杂度和计算量，进一步提高了非对称内置式永磁电机的转矩输出能力，提高运行效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非对称内置式永磁电机的最大转矩电流比控制方法，包括以下步骤：

选择最大磁阻轴线作为直轴建立非对称内置式永磁电机数学模型；

根据建立的非对称内置式永磁电机数学模型获得最大转矩电流比控制(MTPA)电流轨迹方程；

判断电流轨迹方程与电流极限圆相交情况，确定最大转矩电流比控制(MTPA)电流轨迹，考虑非对称运行特性计算对应的正负输出转矩范围，得到交直轴参考电流。

进一步地，非对称内置式永磁电机数学模型的建立，具体如下：

(1)选择最大磁阻轴线作为直轴，非对称内置式永磁电机永磁轴线与直轴存在45°电角度偏移，建立三相坐标系下的磁链方程与电压方程：

式中，转子位置θ_r用交轴到a相轴线的角度来表示，ψ_PM表示永磁磁链，L_abc表示每相电感矩阵，ψ_abc表示定子三相磁链，i_abc表示定子三相电流，u_abc表示定子三相电压，R_s表示定子相电阻；

(2)进行派克变换获得对应dq坐标系下定子电压方程、转矩方程：