基于MATLAB的電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的效率MAP計(jì)算

王 昕，何 沖，楊云峰

（南車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001）

基于MATLAB的電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的效率MAP計(jì)算

王 昕，何 沖，楊云峰

（南車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001）

由于永磁同步電機(jī)具有功率密度大、功率因數(shù)大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，已在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)中占據(jù)越來越重要的地位。電動(dòng)汽車在運(yùn)行中供電續(xù)航能力有限，因此降低電機(jī)損耗,提高電機(jī)高效范圍對(duì)電動(dòng)汽車的運(yùn)行能力起著至關(guān)重要的作用。隨著研究的不斷深入，電動(dòng)汽車用永磁電機(jī)對(duì)效率的要求不僅僅局限于額定負(fù)載等幾條固定曲線的效率值能夠滿足設(shè)計(jì)任務(wù)，而是越來越多地要求電機(jī)在更寬的區(qū)域能夠高效率運(yùn)行。基于這種要求，效率map提供永磁電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載下的的效率分布情況。在電機(jī)設(shè)計(jì)階段，效率map可以作為電機(jī)設(shè)計(jì)的重要參考；在運(yùn)行階段，效率map能夠?yàn)樨?fù)載和轉(zhuǎn)速的合理配合提供參考。

效率map；永磁電機(jī)；電動(dòng)汽車；MATLAB

電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)除了具有普通電氣傳動(dòng)的共性外，還應(yīng)滿足電動(dòng)汽車特定用途的要求。電動(dòng)汽車工況復(fù)雜，既要能高速運(yùn)行，又要能頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、上下坡、快速超車、緊急剎車。根據(jù)電動(dòng)汽車用電機(jī)的特性需求，選用小型輕量的高效電機(jī)，對(duì)目前電池容量較小，持續(xù)行駛里程較短的電動(dòng)汽車現(xiàn)狀顯得尤為重要。永磁同步電機(jī)非常適合電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求：①體積小、重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，功率密度高；②效率高，功率因數(shù)高。轉(zhuǎn)子不需要?jiǎng)?lì)磁電流，沒有轉(zhuǎn)子銅損耗；③轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載能力強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，適合汽車的起動(dòng)加速。

電機(jī)效率MAP圖（又叫等高線圖、云圖）是電機(jī)測(cè)試時(shí)生成的一種數(shù)據(jù)曲線圖，主要是反映在不同轉(zhuǎn)速、扭矩下的電機(jī)效率分布情況。在電動(dòng)汽車用永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)中，電機(jī)的效率分布區(qū)域以及高效區(qū)占總運(yùn)行區(qū)域的比例非常重要。在永磁電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，是否能夠選擇合理的運(yùn)行區(qū)間，使電機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)域，對(duì)于電動(dòng)汽車也有著很重要的意義。文章針對(duì)電動(dòng)汽車用永磁電機(jī)的工作特性，利用MATLAB計(jì)算一臺(tái)額定功率為80kW的永磁電機(jī)的效率map，為電機(jī)設(shè)計(jì)提供參考。

1 主要技術(shù)參數(shù)和特征曲線

表1為某電動(dòng)汽車所用永磁電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

圖1為某電動(dòng)汽車所用永磁同步電機(jī)的額定牽引特性，圖2為該永磁電機(jī)的峰值牽引特性。

2 永磁電機(jī)效率計(jì)算

電動(dòng)汽車用永磁電機(jī)損耗主要為銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗和雜散損耗。其中銅耗和鐵耗在電機(jī)損耗中所占比例最高。

圖1 額定牽引特性

圖2 峰值牽引特性

2.1 電機(jī)輸出功率

其中，P2為電機(jī)輸出功率 kW；pn為電機(jī)極對(duì)數(shù)；T2為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩N·m；n2為電機(jī)轉(zhuǎn)速rpm；

2.2 銅耗計(jì)算

其中，Pcu為定子銅耗kW；I1為定子相電流A；R1為定子相電阻Ω；

2.3 鐵耗計(jì)算

其中，PT1,PC1定子齒損耗、定子軛損耗kW；pT1,pC1為定子單位體積齒損耗、定子單位體積軛損耗，根據(jù)BT10,BC10按實(shí)際所采用硅鋼片查表kW/mm3；VT1,VC1為定子齒體積，定子軛體積mm3；k1,k2：鐵耗校正系數(shù)。

2.4 雜散損耗和機(jī)械損耗計(jì)算

Ps為雜散損耗kW；Pfw為機(jī)械損耗kW；pfw為機(jī)械損耗系數(shù)。

2.5 電機(jī)輸入功率

其中，P1為電機(jī)輸入功率 kW；

2.6 電機(jī)效率

其中，η為電機(jī)效率；

3 永磁電機(jī)效率MAP

基于MATLAB的某電動(dòng)汽車永磁電機(jī)效率MAP如圖3所示。其中額定點(diǎn)效率值為95.8%。該電機(jī)效率值大于80%的區(qū)域?yàn)榭傔\(yùn)行區(qū)域的81.97%。

圖3 某電動(dòng)汽車所用永磁電機(jī)效率MAP

4 結(jié)語

由于永磁電機(jī)的功率密度高、效率高、轉(zhuǎn)矩慣量比大等特性，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而效率MAP圖能夠?yàn)殡姍C(jī)的效率提供直觀地判斷，對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有參考意義。

[1]唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]陳世坤,電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[3]趙海森,羅應(yīng)眾,劉曉芳等.異步電機(jī)空載鐵耗分布的時(shí)步有限元分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010,30(30)：99-106.

OnCalculation ofEfficiency MAP of Permanent Magnet Synchronous MotorofElectromobile based on MATLAB

WANG Xi，HE Chong，YANG Yun-feng
(Hunan Zhuzhou motor co.,LTD.,Zhuzhou,Hunan 412001,China)

Since the permanent magnet synchronous motor features with highpower density,high power factor,high efficiency andother advantagesandisdominating a more and more important positionin respect to the driving technologyofelectromobile.When running,the power supply ofelectromobile is limited,so reducing the loss of motor,improving the of effective range of the electromobile motor is important to the operationability.With the deepening of the research,the demandof electromobilepermanent magnet synchronous motoris not confinedto that the the efficiency valueof thecurve of relatedloadof several fixed curve meetthe designed requirements,but increasingly require the motor in wider areas runswith high efficiency.Based on the requirement,the efficiency map provides the distribution of the efficiencyof permanent magnet motor in different rotatingspeed and load.During the motor design stage,efficiency map can be used as important reference for motor design;In operation stage,efficiency map can provide reference for reasonable matching of load and rotating speed.

efficiency map;Permanent magnet motor;electromobile;MATLAB

TM351

A

2095-980X（2015）02-0037-02

2015-01-18

王昕（1986-），女，山西人，碩士，助理工程師，主要研究方向：電機(jī)設(shè)計(jì)。