永磁电动机的控制技术

文/石朝琴 张旺虎 魏艳波 王银春 刘海东，中车永济电机有限公司

1 引言

在当前的电动交通工具的开发中，永磁电动机的使用较多。这类电动机在运行中具备能量效率高、功率密度大以及体积小的优势，有效提升了当前电动交通工具的发展质量。在永磁电动机的开发过程中，其运行方式包括构成同步电动机运行以及构成直流电动机运行，在当前的发展中被广泛使用。

2 永磁电动机运行中的影响因素

影响电动机运行效率的因素较多，一般在研究过程中针对如下的几种进行研究：首先，永磁电动机在运行稳定时，其电动机之中直轴电流初始值的准确性会影响寻优次数，进而影响驱动系统的运行效率。其次，电动机在运行过程中的步长变量寻优方式也影响电机运行效率，运行效率的提升会降低电能的使用量，在电动机的设计以及优化策略的研究过程中要优化电机运行中的直轴电流步长，减小直轴电流步长对于提升电机运行效率，延长电动机的运行里程有极大的优化作用。第三，电机之中直流电流的调整会影响驱动系统的电磁转矩，进而影响电动机的运行效率。在电动机的运行过程中，直流电流会发生一定的改变，从而影响运行效率，速度控制器的主要作用就是控制直流电流的稳定状态，因此，速度控制器的稳定过程对于驱动系统的运行效率优化速度有很大的关系，在驱动系统的优化中要多加注意。

3 永磁同步电机的控制技术

3.1 初始直轴电流的控制

在开发和研究中，研究人员对电动驱动设备运行效率的优化措施研究从驱动系统的电气损耗模型入手，以便于获得效率优化中初始时刻的直轴电流值，技术人员经过对电气驱动设备的电气损耗数学模型的分析获得了效率优化过程中的交、直轴电流的关系，并根据电机的运行参数和损耗模型，对驱动设备在不同的运转条件之下的各个电流参数的运行管理进行了计算，该数据可以在后续的优化过程中进行使用。通过实验和计算过程，技术人员可以获得系统在运行稳定时的最优直轴电流，在这一电流数据的基础之上，技术人员可以利用输入功率最小效率优化控制手段来针对直轴电流的输出功率进一步进行优化，从而获得使电动机运行效率最高的直轴电流数值。在这个过程之中，为了提升直轴电流寻找和计算过程的进行效率，一般会使用基于模糊逻辑的直轴电流自动调整控制策略，即在驱动系统运行稳定时，对逆变器的输入功率变化过程进行检测和记录，按照模糊规则，选择最优直轴电流的数据，对直轴电流的增量进行调整。

3.2 电压控制

在电动驱动设备的运行过程中，运行电流的变化对影响电机的转矩，进而降低电机运行效率，造成电机的速度波动频繁。在实际优化过程中，针对运行电流调节的过程，技术人员会进行交轴电流的调节，维持电磁转矩的恒定，从而保证电动汽车驱动系统的运行稳定，提升运行的稳定性。在对电动机的运行效率的优化过程中，针对电压矢量进行管理可以对电动机的运行转矩进行控制，从而提升电动机的运行效率，这一优化措施对电压矢量的控制效果有极大的推动作用。当前在电机电压矢量的控制过程中，开关表控制是常用的一种控制手段，但是，这一控制手段并非最优选择，在电机转矩控制过程中，开关表在运行中无法满足快速控制的需求。在电机的优化中，技术人员可以根据运行效率来对矢量控制手段进行合理选择，在实际运行中电压矢量对于电机运行转矩等参数有着直接的影响，是电动机运行效率优化中常用的一种手段。电压矢量控制手段的进行效率更高，其在控制过程中的采样周期更短，因此电流谐波和转矩脉动较少，要实现对快速的电压矢量控制，技术人员需要在电机之中添加直接转矩控制技术，提升控制过程的进行效率。

3.3 控制策略

在电动汽车驱动系统的运行过程中，当系统达到稳态时，电动机首先要获得运行最优的直流电流，之后利用输入功率最小效率优化方式对直轴电流增量进一步进行优化，提升电动机的运行效率，在这个优化过程中，要保证电动机直流电流的变化范围不大，保持其正常运行。在这个过程中技术人员可以通过电动机对直轴电流增量的自行调整来对运行效率进行优化控制，提升运行效率以及调整优化速度。在电动机的运行效率优化过程中，驱动系统的运行工况很容易发生变化，在这个过程中技术人员需要采取一定的措施来优化电机在运行中的调整响应速度，保证响应速度才能实现对驱动系统工况的快速调整，使得其在运行中更多的在高效运行区进行运行，提升电动汽车的运行效率。现电机运行调整措施的主要是优化控制元件，其借助计算机控制系统实现对运行稳定性的检测，并在电机运行中对参数电流、电压进行调整。当电机在稳态下进行运行时，技术人员会根据电机的直流输入功率以及直轴电流的变化使用模糊逻辑分析方法得到直轴电流增量，并按照该参数来对电流、电压进行调整，维持电动驱动设备的运行稳定性，在这个过程中完成运行效率的提升。

4 结语

当前永磁电动机在电动汽车等多种领域进行使用，要想提升永磁电动机的使用效率，提升其在使用中的作用，针对其运行中的控制技术进行优化，提升能源使用效率是必要的。在实际的研究中，永磁电动机的控制技术一般是基于最大扭矩、电流以及弱磁控制进行优化，在实际研究中，技术人员可以针对电流、电压等多方面因素进行研究，发现影响电动机运行效率的主要因素，针对不同的运行工况选择不同的控制手段，提升电动机系统的运行可靠性。