永磁電動機的控制技術

文/石朝琴 張旺虎 魏艷波 王銀春 劉海東，中車永濟電機有限公司

1 引言

在當前的電動交通工具的開發中，永磁電動機的使用較多。這類電動機在運行中具備能量效率高、功率密度大以及體積小的優勢，有效提升了當前電動交通工具的發展質量。在永磁電動機的開發過程中，其運行方式包括構成同步電動機運行以及構成直流電動機運行，在當前的發展中被廣泛使用。

2 永磁電動機運行中的影響因素

影響電動機運行效率的因素較多，一般在研究過程中針對如下的幾種進行研究：首先，永磁電動機在運行穩定時，其電動機之中直軸電流初始值的準確性會影響尋優次數，進而影響驅動系統的運行效率。其次，電動機在運行過程中的步長變量尋優方式也影響電機運行效率，運行效率的提升會降低電能的使用量，在電動機的設計以及優化策略的研究過程中要優化電機運行中的直軸電流步長，減小直軸電流步長對于提升電機運行效率，延長電動機的運行里程有極大的優化作用。第三，電機之中直流電流的調整會影響驅動系統的電磁轉矩，進而影響電動機的運行效率。在電動機的運行過程中，直流電流會發生一定的改變，從而影響運行效率，速度控制器的主要作用就是控制直流電流的穩定狀態，因此，速度控制器的穩定過程對于驅動系統的運行效率優化速度有很大的關系，在驅動系統的優化中要多加注意。

3 永磁同步電機的控制技術

3.1 初始直軸電流的控制

在開發和研究中，研究人員對電動驅動設備運行效率的優化措施研究從驅動系統的電氣損耗模型入手，以便于獲得效率優化中初始時刻的直軸電流值，技術人員經過對電氣驅動設備的電氣損耗數學模型的分析獲得了效率優化過程中的交、直軸電流的關系，并根據電機的運行參數和損耗模型，對驅動設備在不同的運轉條件之下的各個電流參數的運行管理進行了計算，該數據可以在后續的優化過程中進行使用。通過實驗和計算過程，技術人員可以獲得系統在運行穩定時的最優直軸電流，在這一電流數據的基礎之上，技術人員可以利用輸入功率最小效率優化控制手段來針對直軸電流的輸出功率進一步進行優化，從而獲得使電動機運行效率最高的直軸電流數值。在這個過程之中，為了提升直軸電流尋找和計算過程的進行效率，一般會使用基于模糊邏輯的直軸電流自動調整控制策略，即在驅動系統運行穩定時，對逆變器的輸入功率變化過程進行檢測和記錄，按照模糊規則，選擇最優直軸電流的數據，對直軸電流的增量進行調整。

3.2 電壓控制

在電動驅動設備的運行過程中，運行電流的變化對影響電機的轉矩，進而降低電機運行效率，造成電機的速度波動頻繁。在實際優化過程中，針對運行電流調節的過程，技術人員會進行交軸電流的調節，維持電磁轉矩的恒定，從而保證電動汽車驅動系統的運行穩定，提升運行的穩定性。在對電動機的運行效率的優化過程中，針對電壓矢量進行管理可以對電動機的運行轉矩進行控制，從而提升電動機的運行效率，這一優化措施對電壓矢量的控制效果有極大的推動作用。當前在電機電壓矢量的控制過程中，開關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選擇，在電機轉矩控制過程中，開關表在運行中無法滿足快速控制的需求。在電機的優化中，技術人員可以根據運行效率來對矢量控制手段進行合理選擇，在實際運行中電壓矢量對于電機運行轉矩等參數有著直接的影響，是電動機運行效率優化中常用的一種手段。電壓矢量控制手段的進行效率更高，其在控制過程中的采樣周期更短，因此電流諧波和轉矩脈動較少，要實現對快速的電壓矢量控制，技術人員需要在電機之中添加直接轉矩控制技術，提升控制過程的進行效率。

3.3 控制策略

在電動汽車驅動系統的運行過程中，當系統達到穩態時，電動機首先要獲得運行最優的直流電流，之后利用輸入功率最小效率優化方式對直軸電流增量進一步進行優化，提升電動機的運行效率，在這個優化過程中，要保證電動機直流電流的變化范圍不大，保持其正常運行。在這個過程中技術人員可以通過電動機對直軸電流增量的自行調整來對運行效率進行優化控制，提升運行效率以及調整優化速度。在電動機的運行效率優化過程中，驅動系統的運行工況很容易發生變化，在這個過程中技術人員需要采取一定的措施來優化電機在運行中的調整響應速度，保證響應速度才能實現對驅動系統工況的快速調整，使得其在運行中更多的在高效運行區進行運行，提升電動汽車的運行效率?，F電機運行調整措施的主要是優化控制元件，其借助計算機控制系統實現對運行穩定性的檢測，并在電機運行中對參數電流、電壓進行調整。當電機在穩態下進行運行時，技術人員會根據電機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，并按照該參數來對電流、電壓進行調整，維持電動驅動設備的運行穩定性，在這個過程中完成運行效率的提升。

4 結語

當前永磁電動機在電動汽車等多種領域進行使用，要想提升永磁電動機的使用效率，提升其在使用中的作用，針對其運行中的控制技術進行優化，提升能源使用效率是必要的。在實際的研究中，永磁電動機的控制技術一般是基于最大扭矩、電流以及弱磁控制進行優化，在實際研究中，技術人員可以針對電流、電壓等多方面因素進行研究，發現影響電動機運行效率的主要因素，針對不同的運行工況選擇不同的控制手段，提升電動機系統的運行可靠性。