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永磁同步电机的损耗原因有哪些?

2021-3-24 08:30:00  931 电机控制 永磁同步电机
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1电机损耗是如何产生的
永磁同步电机的损耗包括机械损耗、铜损和铁损等。其中机械损耗随转速和工况的不同不断改变,是不可控的。此处仅考虑可控部分的电气损耗,包括铁损和铜损。下图为dq坐标系下考虑铁损和考虑铜损的永磁同步电机的等效电路图。
电机的损耗分析都是基于上图进行的。图中除了基本的物理量,Rc为铁损电阻,iod和ioq为气息电流分量,icd和icq为铁损电流分量。
我觉得这里在分析损耗之前,有必要讲解一下,图中几个交流电压源是如何来的,其实看起来是很熟悉的,我们在前面的文章https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/88069309有讲解到过,dq轴电压之间是存在关系的,会产生耦合电压,并且随着电机转速的上升,还会产生反电动势,两者均会对电机的控制造成影响。因此图中三个电压源均来源于此。
2PMSM损耗的数学模型
根据功率基础计算方程P=I^2*R来计算。可以得到以下关系式:
其中Pcu为铜损,Pfe为铁损。Phim是总的气隙磁通。通过分析以上关系式可知,铁损主要由气隙产生,而铜损主要由电枢电流产生,在我的理解中,铁损部分是由电机运行过程中产生的感生电动势造成的,而铜损则是电机在输出转矩过程中驱动电流产生的。
3如何实现最小损耗控制?
在了解基本的电路原理和数学模型之后,具体如何实现最小损耗控制呢?大部分时候得到数学模型之后,控制问题其实就是数学问题。电机的根据损耗的数学模型Pcu和Pfe的表达式,电机的总电气损耗为:


要求得总体损耗最小,就需要到Pl进行求导求极值。此时损耗模型中变量有iod和ioq,其中ioq可通过电磁转矩Te表示,电机电磁转矩方程为:
实现损耗最小控制就是实现以上方程的值最小,要实现系统损耗最小,则系统损耗关于等效直轴电枢电流的偏导数应为0,如下关系式所示。
最终可求得以下结果,其中k为加权平均参数,是对铜损最小电流和铁损最小电流的一个均值选取。最终得到iod的值,通过对iod的值进行如下控制,则可以实现电机的损耗最小控制。
4仿真实验结果分析
仿真结果如下图所示,在相同转速和负载情况下。其中蓝线为MTPA控制下电机损耗,红线为损耗最小控制策略电机损耗,后者效果明显优于前者。

王特 2021-4-20 17:17:52
写得很详细,学习一下。
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