CN108574448A - 一种优化电机效率的pwm控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优化电机效率的PWM控制方法，过程是：测试电机及电机控制器在各种负载率下的效率；选择出最高效率点，得到此点的负载率，电机控制器PWM的频率和占空比；测出实时的负载率；以步骤3测出的实时负载率除以步骤2中的最优效率负载率，得到一个百分比。使用步骤2中的PWM频率和占空比，有PWM的时间百分比采用步骤4中的百分比，其余百分比的时间都使用0电流，对电机进行驱动控制。采用上述技术方案，提高电机效率最接近最有效率；控制策略简单快捷，不需要长时间的寻优计算，快速达到最有效率；尤其是提高在低负载率下的电机效率。

Description

一种优化电机效率的PWM控制方法
技术领域
本发明属于电机驱动与控制的技术领域。具体地，本发明涉及一种优化电机效率的PWM控制方法。
背景技术
汽车市场的高速发展给我国能源安全和环境保护带来了挑战，以电动汽车为代表的新能源汽车发展成为国家新兴的支柱产业。电动汽车中广泛采用永磁电机。由于永磁同步电机高效高功率密度的特点，而我国又是永磁材料矿产的大国，因此，永磁同步电机成为新能源汽车的首选。
新能源汽车驱动系统的性能直接影响到整车性能，电机的效率越来越受到重视。
导致电能损耗的原因大致可以分为两类，一类是电机损耗，包括摩擦损耗、空气阻力、噪声损耗、铜损和铁损；一类是电机控制器损耗，包括导通损耗和开关损耗。
现有技术中，提高电机使用电能效率的方法主要有以下三类：
一类是输入电流最小策略，按照逆变器直流输入功率的变化动态调节控制量达到降低损耗的目的，这类方法需要搜索最优工作点，可能出现振荡，耗时长；
另一类是最大转矩电流比策略，这类策略在相同的电流下可输出更大的转矩，这类策略提高了电机的动态相应速度，减少了铜损，但是没有考虑铁损；
还有一类是最有磁场调节策略，这类策略建立电机的损耗模型，采用龙贝格高阶迭代法推导最优效率，但是龙贝格高阶迭代法也会增加寻优时间。
现有技术中，电机的效率曲线都如图2所示：在低负载下，效率降低，负载率要超过75％才会达到最有效率。
发明内容
本发明提供一种优化电机效率的PWM控制方法，其目的是提高电机在低负载率下的电机效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的优化电机效率的PWM控制方法其过程是：
步骤1、测试电机及电机控制器在各种负载率下的效率；
步骤2、选择出最高效率点，得到此点的负载率，电机控制器PWM的频率和占空比；
步骤3、测出实时的负载率；
步骤4、以步骤3测出的实时负载率除以步骤2中的最优效率负载率，得到一个百分比；
步骤5、使用步骤2中的PWM频率和占空比，有PWM的时间百分比采用步骤4中的百分比，其余百分比的时间都使用0电流，对电机进行驱动控制。
在所述的步骤1中，负载率是实际输出功率除以额定功率乘以100％，从0到300％。
在所述的步骤2中，以负载率为横坐标，电机效率为纵坐标，绘制一条曲线图，曲线的最高点就是效率最高点，这个点的纵坐标是电机最高效率，横坐标就是最高效率对应的负载率。
在所述的步骤3中，固定电机工作在最高效率点，这时候用示波器测得PWM的频率和占空比；或者从电机控制器读取PWM信息获得PWM的频率和占空比。
本发明采用上述技术方案，提高电机效率最接近最有效率；控制策略简单快捷，不需要长时间的寻优计算，快速达到最有效率；尤其是提高在低负载率下的电机效率。
附图说明
图1为本发明的永磁同步电机的拓扑结构示意图；
图2本发明的电机效率与负载率的关系示意图；
图3为本发明的效率优化效果示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示的本发明的结构，为一种优化电机驱动控制系统。其电机为混合动力15kW电机
为了克服现有技术的缺陷，实现提高电机在低负载率下的电机效率的发明目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的优化电机效率的PWM控制方法的过程是：
步骤1、测试电机及电机控制器在各种负载率下的效率；
负载率是实际输出功率除以额定功率乘以100％，普通的从0到300％，比如一个额定30kW的电机，实际输出15kW，则负载率为50％。
步骤2、选择出最高效率点，得到此点的负载率b0，测到数据为75％，电机控制器PWM的频率p0和占空比d0；
在所述的步骤2中，选择出最高效率点，得到此点的负载率b0(比如：一个额定功率30kW电机的最高效率点为96％，对应的输出功率为24kW，则b0＝24/30×100％＝80％)，测到数据为75％(以负载率为横坐标，电机效率为纵坐标，绘制一条曲线图，曲线的最高点就是效率最高点，这个点的纵坐标是电机最高效率，横坐标就是最高效率对应的负载率；以实测为准，并不是每个电机都一样)，电机控制器PWM的频率p0和占空比d0；
步骤3、测出实时的负载率b；
在所述的步骤3中，测出实时的负载率b，固定电机工作在最高效率点，这时候用示波器测得PWM的频率和占空比；或者从电机控制器读取PWM信息获得PWM的频率和占空比。
步骤4、以步骤3测出的实时负载率除以步骤2中的最优效率负载率，得到一个百分比(b/b0)×100％。
步骤5、使用步骤2中的PWM频率p0和占空比d0，有PWM的时间百分比采用步骤4中的百分比(b/b0)×100％，其余百分比的时间都使用0电流，对电机进行驱动控制。
电流为0时电机的损耗为0，PWM不为零的时候，电机工作在效率最高点，所以电机平均输出功率为最高效率点功率×(b/b0)，负载率低于/b0的工作点的效率都可以调高到电机最高效率，提高效率意味着节能、发热下降、寿命延长。
上述技术方案的关键是：测出电机和电机控制器最优效率时候的负载率，此时的PWM频率和占空比，在低负载率时，以实际负载率除以最有效率负载率得到一个百分比，此百分比内的时间以最优效率的频率和占空比进行驱动，其余时间保持0电流。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种优化电机效率的PWM控制方法，其特征在于，该方法的过程是：
步骤1、测试电机及电机控制器在各种负载率下的效率；
步骤2、选择出最高效率点，得到此点的负载率，电机控制器PWM的频率和占空比；
步骤3、测出实时的负载率；
步骤4、以步骤3测出的实时负载率除以步骤2中的最优效率负载率，得到一个百分比；
步骤5、使用步骤2中的PWM频率和占空比，有PWM的时间百分比采用步骤4中的百分比，其余百分比的时间都使用0电流，对电机进行驱动控制。
2.按照权利要求1所述的优化电机效率的PWM控制方法，其特征在于：在所述的步骤1中，负载率是实际输出功率除以额定功率乘以100％，从0到300％。
3.按照权利要求1所述的优化电机效率的PWM控制方法，其特征在于：在所述的步骤2中，以负载率为横坐标，电机效率为纵坐标，绘制一条曲线图，曲线的最高点就是效率最高点，这个点的纵坐标是电机最高效率，横坐标就是最高效率对应的负载率。
4.按照权利要求1所述的优化电机效率的PWM控制方法，其特征在于：在所述的步骤3中，固定电机工作在最高效率点，这时候用示波器测得PWM的频率和占空比；或者从电机控制器读取PWM信息获得PWM的频率和占空比。
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