文/石朝琴 張旺虎 魏艷波 王銀春 劉海東，中車永濟(jì)電機(jī)有限公司

1 引言

在當(dāng)前的電動(dòng)交通工具的開發(fā)中，永磁電動(dòng)機(jī)的使用較多。這類電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中具備能量效率高、功率密度大以及體積小的優(yōu)勢，有效提升了當(dāng)前電動(dòng)交通工具的發(fā)展質(zhì)量。在永磁電動(dòng)機(jī)的開發(fā)過程中，其運(yùn)行方式包括構(gòu)成同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行以及構(gòu)成直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，在當(dāng)前的發(fā)展中被廣泛使用。

2 永磁電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的影響因素

影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的因素較多，一般在研究過程中針對如下的幾種進(jìn)行研究：首先，永磁電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，其電動(dòng)機(jī)之中直軸電流初始值的準(zhǔn)確性會(huì)影響尋優(yōu)次數(shù)，進(jìn)而影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。其次，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中的步長變量尋優(yōu)方式也影響電機(jī)運(yùn)行效率，運(yùn)行效率的提升會(huì)降低電能的使用量，在電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化策略的研究過程中要優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行中的直軸電流步長，減小直軸電流步長對于提升電機(jī)運(yùn)行效率，延長電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行里程有極大的優(yōu)化作用。第三，電機(jī)之中直流電流的調(diào)整會(huì)影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中，直流電流會(huì)發(fā)生一定的改變，從而影響運(yùn)行效率，速度控制器的主要作用就是控制直流電流的穩(wěn)定狀態(tài)，因此，速度控制器的穩(wěn)定過程對于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率優(yōu)化速度有很大的關(guān)系，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化中要多加注意。

3 永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)

3.1 初始直軸電流的控制

在開發(fā)和研究中，研究人員對電動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行效率的優(yōu)化措施研究從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣損耗模型入手，以便于獲得效率優(yōu)化中初始時(shí)刻的直軸電流值，技術(shù)人員經(jīng)過對電氣驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電氣損耗數(shù)學(xué)模型的分析獲得了效率優(yōu)化過程中的交、直軸電流的關(guān)系，并根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和損耗模型，對驅(qū)動(dòng)設(shè)備在不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件之下的各個(gè)電流參數(shù)的運(yùn)行管理進(jìn)行了計(jì)算，該數(shù)據(jù)可以在后續(xù)的優(yōu)化過程中進(jìn)行使用。通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算過程，技術(shù)人員可以獲得系統(tǒng)在運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)的最優(yōu)直軸電流，在這一電流數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，技術(shù)人員可以利用輸入功率最小效率優(yōu)化控制手段來針對直軸電流的輸出功率進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率最高的直軸電流數(shù)值。在這個(gè)過程之中，為了提升直軸電流尋找和計(jì)算過程的進(jìn)行效率，一般會(huì)使用基于模糊邏輯的直軸電流自動(dòng)調(diào)整控制策略，即在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，對逆變器的輸入功率變化過程進(jìn)行檢測和記錄，按照模糊規(guī)則，選擇最優(yōu)直軸電流的數(shù)據(jù)，對直軸電流的增量進(jìn)行調(diào)整。

3.2 電壓控制

在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行過程中，運(yùn)行電流的變化對影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而降低電機(jī)運(yùn)行效率，造成電機(jī)的速度波動(dòng)頻繁。在實(shí)際優(yōu)化過程中，針對運(yùn)行電流調(diào)節(jié)的過程，技術(shù)人員會(huì)進(jìn)行交軸電流的調(diào)節(jié)，維持電磁轉(zhuǎn)矩的恒定，從而保證電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，提升運(yùn)行的穩(wěn)定性。在對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率的優(yōu)化過程中，針對電壓矢量進(jìn)行管理可以對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，從而提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，這一優(yōu)化措施對電壓矢量的控制效果有極大的推動(dòng)作用。當(dāng)前在電機(jī)電壓矢量的控制過程中，開關(guān)表控制是常用的一種控制手段，但是，這一控制手段并非最優(yōu)選擇，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制過程中，開關(guān)表在運(yùn)行中無法滿足快速控制的需求。在電機(jī)的優(yōu)化中，技術(shù)人員可以根據(jù)運(yùn)行效率來對矢量控制手段進(jìn)行合理選擇，在實(shí)際運(yùn)行中電壓矢量對于電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩等參數(shù)有著直接的影響，是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率優(yōu)化中常用的一種手段。電壓矢量控制手段的進(jìn)行效率更高，其在控制過程中的采樣周期更短，因此電流諧波和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較少，要實(shí)現(xiàn)對快速的電壓矢量控制，技術(shù)人員需要在電機(jī)之中添加直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，提升控制過程的進(jìn)行效率。

3.3 控制策略

在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)首先要獲得運(yùn)行最優(yōu)的直流電流，之后利用輸入功率最小效率優(yōu)化方式對直軸電流增量進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，在這個(gè)優(yōu)化過程中，要保證電動(dòng)機(jī)直流電流的變化范圍不大，保持其正常運(yùn)行。在這個(gè)過程中技術(shù)人員可以通過電動(dòng)機(jī)對直軸電流增量的自行調(diào)整來對運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化控制，提升運(yùn)行效率以及調(diào)整優(yōu)化速度。在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率優(yōu)化過程中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況很容易發(fā)生變化，在這個(gè)過程中技術(shù)人員需要采取一定的措施來優(yōu)化電機(jī)在運(yùn)行中的調(diào)整響應(yīng)速度，保證響應(yīng)速度才能實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工況的快速調(diào)整，使得其在運(yùn)行中更多的在高效運(yùn)行區(qū)進(jìn)行運(yùn)行，提升電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率?，F(xiàn)電機(jī)運(yùn)行調(diào)整措施的主要是優(yōu)化控制元件，其借助計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行穩(wěn)定性的檢測，并在電機(jī)運(yùn)行中對參數(shù)電流、電壓進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，技術(shù)人員會(huì)根據(jù)電機(jī)的直流輸入功率以及直軸電流的變化使用模糊邏輯分析方法得到直軸電流增量，并按照該參數(shù)來對電流、電壓進(jìn)行調(diào)整，維持電動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，在這個(gè)過程中完成運(yùn)行效率的提升。

4 結(jié)語

當(dāng)前永磁電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車等多種領(lǐng)域進(jìn)行使用，要想提升永磁電動(dòng)機(jī)的使用效率，提升其在使用中的作用，針對其運(yùn)行中的控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升能源使用效率是必要的。在實(shí)際的研究中，永磁電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)一般是基于最大扭矩、電流以及弱磁控制進(jìn)行優(yōu)化，在實(shí)際研究中，技術(shù)人員可以針對電流、電壓等多方面因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的主要因素，針對不同的運(yùn)行工況選擇不同的控制手段，提升電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。