CN112234727B - 一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法 - Google Patents

一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种变永磁磁链同步磁阻电机系统及效率优化控制方法，属于电机领域。本发明电机结构在多层磁障转子结构中布置了切向充磁方向的低矫顽力和高矫顽力复合永磁体，采用永磁和直轴电流混合励磁方式，采用永磁转矩辅助磁阻转矩，转子无铜耗，且转子中引入了磁链可调的低矫顽力永磁体，有效避免了调磁过程中长时间直轴电流引起的额外铜耗。针对由该类变永磁磁链同步磁阻电机和常用变流器所组成的电机系统，本发明提出的电机系统一体化效率优化控制方法，将PWM控制下电机高频损耗和电机参数变化引起的变流器损耗变化结合起来，解决了现有电机与变流器的效率优化控制研究中将两者割裂的问题，改善了电机系统效率优化的实际效果。

Description

一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法
技术领域
本发明涉及电机领域，具体的是一种变永磁磁链同步磁阻电机系统及效率优化控制方法。
背景技术
20世纪80年代后期，电机研究人员发现在同步磁阻电机转子的多层磁障中加入适当永磁体，提供d轴方向的永磁磁链，可以适当提高同步磁阻电机的功率因数和转矩密度，拉开了永磁同步磁阻电机蓬勃发展的序幕。和永磁同步电机不同，永磁同步磁阻电机依靠磁阻转矩提供主要动力，成本更低，效率更高。近年来，随着高性能永磁材料的不断问世，永磁同步磁阻电机的研究显示出更大的潜力。研究发现，在四层磁障的转子结构下，永磁同步磁阻电机以1/4左右的永磁用量能够提供与对应永磁同步电机接近的容量和效率，在保证输出能力的同时降低了成本，获得了相关领域的广泛青睐，在家用电器、电动汽车及工业电机等领域具有广阔的应用前景。
但现有的永磁同步磁阻电机存在以下两个方面的问题：第一，现有永磁同步磁阻电机由于有永磁体参与励磁，在电机高速弱磁或轻载工况下进行调速控制时，需要依赖直轴电流对永磁磁场进行调节，长时间较大的直轴电流产生的额外铜耗影响电机效率。永磁同步磁阻电机常用的钕铁硼永磁材料调磁效率低，给永磁同步磁阻电机宽速度范围内的效率优化控制运行带来困难；第二，现有电机与变流器的效率优化控制研究通常将两者割裂，忽略了两者损耗之间相互影响，调节过程中顾此失彼，不能真正实现电机系统整体的效率最优化。在现有永磁同步磁阻电机和常用(两电平、三电平)变流器所组成的电机系统中，变流器PWM高频调制电压在电机中产生高频磁链脉动和高频电流纹波，将在电机定子和转子铁心中产生多个小磁滞回环，引起电机内磁场的高频变换，引起电机高频损耗。特别在低速、轻载情况下，变流器输出电流变化将对电机损耗产生重要的影响。同时电机磁链状态的变化则会引起变流器电压调制度、通态电流和功率因数的变化，进而影响变流器的工作状态，造成变流器损耗变化，割裂两者之间的相互影响的优化控制方法难以保证系统整体效率的最优化。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种变永磁磁链同步磁阻电机系统及效率优化控制方法，解决当前永磁同步磁阻电机在高速弱磁或轻载工况下进行效率优化控制时对直轴电流的依赖问题，减少不必要的损耗，同时，结合变流器损耗模型、基波频率及开关频率下电机损耗模型，获得变永磁磁链同步磁阻电机系统的一体化损耗模型，提供系统层面的电机损耗优化控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种变永磁磁链同步磁阻电机系统，包括定子铁芯和转子铁芯，所述定子铁芯上均匀布置有多组定子绕组线圈，转子铁芯上均匀布置有多组低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体，低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体两侧均设置有U型磁障。
进一步地，所述电机系统在多层磁障转子结构中布置了切向充磁方向的铝镍钴低矫顽力和钕铁硼高矫顽力复合永磁体，所述电机系统采用永磁和直轴电流混合励磁方式，电磁转矩由磁阻转矩和两种永磁磁链产生的永磁转矩共同构成，永磁转矩随低矫顽力永磁磁链的调节而变化，给定电磁转矩下永磁转矩和磁阻转矩的比例可调。
进一步地，所述低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体沿径向复合，或者高矫顽力永磁辅助的转子和低矫顽力永磁辅助的转子沿轴向复合，磁路上，两种永磁磁链相互串联共同构成转子永磁磁链，低矫顽力永磁磁链通过瞬时直轴脉冲在线调节，同时沿圆周方向相邻的两个永磁体组充磁方向相反，形成聚磁结构。
一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，所述效率优化控制方法包括以下步骤：
一、在电机精准控制模型基础上，分别以两电平变流器和三电平变流器为对象，分析变流器典型调制策略下的电机高频磁链纹波和电流纹波样式，分析其等效正弦重复磁化频率和幅值；
二、结合Steinmetz损耗模型和Jiles-Atherton损耗模型推导计算变永磁磁链同步磁阻电机在开关频率下的高频损耗；
三、将变永磁磁链同步磁阻电机基波频率下的损耗和高频损耗相加，获得变永磁磁链同步磁阻电机总损耗，在不同低矫顽力永磁磁链条件下，通过有限元仿真获得变永磁磁链同步磁阻电机励磁电流分量与定子磁链之间的映射数据库，形成以励磁电流和永磁磁链为二维变量的电机损耗精确模型；
四、在给定转矩和转速条件下，以转子永磁磁链和励磁电流为参变量，根据电机电流反馈和电机模型，计算获得电机相电压基波分量，推导相应变流器调制比、通态电流与功率因数；
五、依据获得的变流器状态参数，结合变流器损耗模型，计算变流器损耗，建立以转子永磁磁链和励磁电流为二维变量的变流器损耗模型；
六、结合变流器损耗模型、电机损耗精确模型，获得变永磁磁链同步磁阻电机-变流器系统的一体化损耗模型；
七、在给定转矩和转速条件下，依据电机-变流器系统一体化损耗模型，通过在线寻优的方式，调节永磁磁链和励磁电流以实现电机效率最优化。
进一步地，所述步骤二中：利用Steinmetz模型和Jiles-Atherton模型获得电机损耗关于磁链偏置、定子磁链纹波分量和开关频率的高频损耗数学拟合表达式，修正了现有电机损耗控制模型考虑不完备的问题。
进一步地，所述步骤六中，将电机损耗和变流器损耗结合起来，提出了系统层面的效率优化方法，避免了电机损耗优化和变流器损耗优化调节过程中顾此失彼的问题。
进一步地，所述步骤七中：充分发挥了低矫顽力永磁磁链和励磁电流二维优化变量的优势，提高了电机和变流器系统整体效率优化的实际效果。
本发明的有益效果：
一、本发明中电机转子采用复合永磁体的方法，使该电机兼顾了同步磁阻电机转子无铜耗、磁阻转矩提供主要动力、造价低、性价比高等特点和记忆电机磁链可调、调速状态不依赖持续的直轴电流、效率高等特点，提高了永磁同步磁阻电机的调速工况下的运行能力和效率。
二、本发明通过有限元仿真的形式，结合典型调制策略下的电机高频磁链纹波和电流纹波样式，建立以电机定子磁链纹波和开关频率为变量的变永磁磁链同步磁阻电机高频铁耗数学多项表达形式及关键特征系数，建立了电机高频损耗模型，修正了当下电机效率优化控制控制通常只考虑基波频率下电机损耗的问题，修正了电机在宽速度范围的损耗模型，提高了电机效率优化的准确性。
三、本发明针对由该类变永磁磁链同步磁阻电机和常用(两电平、三电平) 变流器所组成的电机系统，考虑了电机磁链变化引起的机端电压和电流变化对逆变器的影响，揭示了电机磁链、励磁电流等参数变化对变流器损耗的影响，充分计及优化控制过程中变流器损耗随调节参数的时时变化，增加了电机效率优化的全面性。
四、本发明在揭示变流器与电机损耗相互影响机理的基础上，将变流器损耗和电机损耗结合起来统一协调，能够在系统层面实现整体效率最优化，其损耗小于将二者割裂开来分别考虑产生的总体损耗，解决了当下电机效率优化过程中，将电机和变流器割裂分开考虑而造成的结果不可靠的问题，提高了电机- 变流器系统整体运行的效率。
五、本发明建立的基于永磁磁链和励磁电流为二维优化变量的电机-变流器系统损耗模型，在给定的转矩和转速条件下，励磁电流分量和永磁磁链具有多种配合方式，效率优化过程中可选择的方案更多，能够在满足运行要求的条件下，进一步选择损耗更低的运行方案，提高系统运行效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明法向复合型变永磁磁链同步磁阻电机结构示意图；
图2是本发明法向复合型变永磁磁链同步磁阻电机磁极位置空间结构示意图；
图3是本发明轴向复合型变永磁磁链同步磁阻电机结构示意图；
图4是本发明轴向复合型变永磁磁链同步磁阻电机磁极位置空间结构示意图；
图5是本发明变永磁磁链同步磁阻电机空载反电势波形图示意图；
图6是本发明变永磁磁链同步磁阻电机通入定子电流后相绕组端电压波形示意图；
图7是本发明变永磁磁链同步磁阻电机-变流器系统损耗优化控制框图示意图；
图8是本发明变永磁磁链同步磁阻电机调速原理图示意图；
图9是本发明变永磁磁链同步磁阻电机励磁电流和永磁磁链调节关系曲线图示意图；
图10是本发明变永磁磁链同步磁阻电机损耗精确模型计算流程图示意图；
图11是本发明变流器损耗计算流程图示意图；
图12是本发明变永磁磁链同步磁阻电机变流器系统效率优化运行流程图示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种变永磁磁链同步磁阻电机系统，图1和图2为法向复合型变永磁磁链同步磁阻电机结构，此电机结构包括定子铁芯1.2和转子铁芯1.6，定子铁芯1.2 上均匀布置有多组定子绕组线圈1.3，转子铁芯1.6上均匀布置有多组低矫顽力永磁体1.4和高矫顽力永磁体1.5，低矫顽力永磁体1.4和高矫顽力永磁体1.5两侧均设置有U型磁障1.7，中间为转子转轴1.8，其中1.1所示箭头为永磁体充磁方向。低矫顽力永磁体1.4和高矫顽力永磁体1.5的组合采用法向组合的方式，沿圆周方向相邻的两个永磁体组充磁方向相反，形成聚磁结构。
图3和图4为轴向复合型变永磁磁链同步磁阻电机结构，在转子铁芯上均匀布置有多组U型磁障1.7，U型磁障1.7之间设置有低矫顽力永磁体1.4和高矫顽力永磁体1.5。低矫顽力永磁体1.4和高矫顽力永磁体1.5的组合采用轴向组合的方式，2.1是以高矫顽力永磁体为永磁磁极的转子部分，2.2是以低矫顽力永磁体为永磁磁极的转子部分，即高矫顽力永磁辅助的转子2.1和低矫顽力永磁辅助的转子2.2。两节转子在轴向复合叠加，共同构成电机转子，两种永磁材料共同提供永磁磁链，中间为转子转轴1.8。沿圆周方向相邻的两个永磁体组充磁方向相反，形成聚磁结构。
该电机在多层磁障转子结构中布置了切向充磁方向的低矫顽力(铝镍钴) 和高矫顽力(钕铁硼)复合永磁体，所述电机系统采用永磁和直轴电流混合励磁方式，电磁转矩由磁阻转矩和两种永磁磁链产生的永磁转矩共同构成，永磁转矩可随低矫顽力永磁磁链的调节而变化，低矫顽力永磁体的引入使永磁磁链成为可变参数，增加了电机优化控制的自由度，为电机损耗优化提供了更多可选择性。
一种变永磁磁链同步磁阻电机系统效率优化控制方法，包括以下步骤：
一、在电机精准控制模型基础上，分别以两电平变流器和三电平变流器为对象，分析变流器典型调制策略下的电机高频磁链纹波和电流纹波样式，分析其等效正弦重复磁化频率和幅值；
二、结合Steinmetz损耗模型和Jiles-Atherton损耗模型推导计算变永磁磁链同步磁阻电机在开关频率下的高频损耗；
利用Steinmetz模型和Jiles-Atherton模型获得电机损耗关于磁链偏置、定子磁链纹波分量和开关频率的高频损耗数学拟合表达式，修正了现有电机损耗控制模型考虑不完备的问题。
三、将变永磁磁链同步磁阻电机基波频率下的损耗和高频损耗相加，获得变永磁磁链同步磁阻电机总损耗，在不同低矫顽力(铝镍钴)永磁磁链条件下，通过有限元仿真获得变永磁磁链同步磁阻电机励磁电流分量与定子磁链之间的映射数据库，形成以励磁电流和永磁磁链为二维变量的电机损耗精确模型；
四、在给定转矩和转速条件下，以转子永磁磁链和励磁电流为参变量，根据电机电流反馈和电机模型，计算获得电机相电压基波分量，推导相应变流器调制比、通态电流与功率因数；
五、依据获得的变流器状态参数，结合变流器损耗模型，计算变流器损耗，建立以转子永磁磁链和励磁电流为二维变量的变流器损耗模型；
六、结合变流器损耗模型、电机损耗精确模型，获得变永磁磁链同步磁阻电机-变流器系统的一体化损耗模型；
七、在给定转矩和转速条件下，依据电机-变流器系统一体化损耗模型，通过在线寻优的方式，调节永磁磁链和励磁电流以实现电机效率最优化；
充分发挥了低矫顽力永磁磁链和励磁电流二维优化变量的优势，提高了电机和变流器系统整体效率优化的实际效果。
本实施例中仅以法向复合的变永磁磁链同步磁阻电机为例：
图5是变永磁磁链同步磁阻电机空载反电势波形图，图6是变永磁磁链同步磁阻电机通入定子电流后相绕组端电压波形图。从图5可以看出反电势基本呈正弦波形，但反电势波形存在大量谐波。从图6可以看出，在定子绕组给定适当电流后，相绕组端电压波形发生较大改善，即电枢电流作用下，主磁路有所改善，反电势波形有所该善，谐波含量减少。
该电机可通过短暂的瞬时直轴脉冲调节永磁体磁链实现弱磁控制，有效避免了现有电机弱磁控制中通过持续的直轴电流产生的额外铜耗。根据式(1)可知，在给定转矩条件下，变永磁磁链同步磁阻电机可通过调节永磁磁链和励磁电流分量实现不同的搭配方式，调节永磁转矩和磁阻转矩的比例，进而产生不同的损耗效果，为实现损耗优化提供了可选择度。
式(1)：
Figure BDA0002712466100000091
本发明提出的变永磁磁链同步磁阻电机系统效率优化控制运行框图如图7 所示。其中7.1为编码器，7.2为转速计算模块，7.3为转速控制模块，用于给定所需转速，7.4为转矩控制模块，7.5为基于永磁磁链和励磁电流的损耗优化控制模块，7.6为2/3坐标变换模块，按照7.5控制模块的要求控制永磁磁链瞬时电流脉冲和定子电流，7.7为功率变换器，7.8为永磁磁链调节模块，7.9为磁链转矩估计模块，用以在线估计定子磁链和转矩参数，使模型更准确，7.10为3/2 坐标反变换模块，7.11为控制对象，即本发明提出的变永磁磁链同步磁阻电机。
相比于普通矢量控制方法，本发明的突出点在于以永磁磁链和励磁电流为二维变量的损耗优化控制器。其原理和具体实施步骤如下：
首先列出永磁同步磁阻电机在dq坐标系下的数学模型表达式：
式(2)：
Figure BDA0002712466100000092
Figure BDA0002712466100000093
式(3)：
Figure BDA0002712466100000094
式(4)：
Figure BDA0002712466100000095
式(4.5)：
Ψr＝Ψm1+Ψm2
式(5)：
Figure BDA0002712466100000101
根据(2)、(3)式，带入变量角频率可得电压和角频率的约束表达式(4)。受到功率器件本身的容量等约束，电压电流都受到最大值范围的约束，电机的运行和调速必须同时满足电压约束(4)和电流约束(5)。转子永磁磁链Ψr由高矫顽力永磁磁链Ψm1和低矫顽力永磁磁链Ψm2串联叠加共同构成(4.5)。通过在d 轴施加短暂的直轴去磁电流，可以改变低矫顽力永磁磁链Ψm2来改变转子永磁磁链Ψr，从而改变电压极限圆圆心位置，使电压圆极限向电流极限圆靠近，以实现弱磁调速，如图8所示。
图8是变永磁磁链同步磁阻电机调速原理图；
其中，图a为转速变化原理图，图b为磁链变化原理图，8.1、8.2为电压极限圆，其角频率ω0＜ω1，电机角频率由ω0变化到ω1时，电机工作状态由曲线8.1 移动到8.2，8.3为电流极限圆，8.4、8.5为电压圆极限的圆心位置，其横坐标为 x＝-Ψr/Ld，其永磁体磁链大小关系为Ψ0＞Ψ1，利用通过在d轴施加反向的弱磁电流脉冲，可使电压极限圆向电流极限圆方向移动。
相比通过直轴电流弱磁的方法，该方法仅需短暂的去磁电流，避免了持续的直轴电流弱磁产生的绕组铜耗。通过有限元和实验数据结合的方式，可以获得变永磁磁链同步磁阻电机去磁电流幅值与永磁磁链之间数学关系数据库如图 9所示，从而通过控制去磁电流实现永磁磁链精准控制。
图9是变永磁磁链同步磁阻电机励磁电流和永磁磁链调节关系曲线图；可以看出，在直轴施加反向去磁电流，可以在线调节永磁磁链，且随去磁电流幅值增大，永磁磁链的变化量变大，可以根据此图形寻找对应永磁磁链的去磁电流幅值。
上述建立电机损耗精确模型的方法，如图10所示，包括如下流程：
10.1根据典型调制策略下的电机高频磁链纹波分量和开关频率数据，分别以两电平和三电平为例，获取典型调制策略下的电机高频磁链纹波样式，分析其等效的正弦重复磁化频率和幅值；
10.2为计算电机高频损耗，结合以电机定子磁链纹波和开关频率为变量的电机高频铁耗模型，计算获得电机高频损耗；
10.3以定子磁链、定子电流和基波频率为参变量计算电机基频损耗，获取电机定子磁链、定子电流、基波频率为参变量，结合基波频率下的铜耗和铁耗模型，计算获得电机基波频率损耗；
10.4将高频损耗和基波频率损耗相加获得电机总损耗，将电机的高频损耗和基波频率损耗相加，计算获得变永磁磁链同步磁阻电机总损耗；
10.5在给定转矩和转速条件下，建立以电机永磁磁链和励磁电流为参变量的电机总损耗精确计算模型。
其建立电机损耗精确模型的方法具体实施步骤如下：
变永磁磁链同步磁阻电机的损耗主要包括铁耗和铜耗，其中铁耗与电流频率、磁链纹波密切相关，高频铁耗主要由快速变化的磁场引起的磁滞损耗和涡流损耗构成，可由steinmetz模型和J-A模型推导获得。根据steinmetz模型，正弦激励下电机铁耗的工程计算模型如下：
式(6)：
Pv＝Cm·fα·Bβ
在非正弦作用下，结合Jiles-Atherton磁滞模型，现以feq＝dM/dt代替物理上的频率f，以平均磁通密度Bav指代公式中的磁通密度B，得到与steinmetz模型相似的电机高频铁耗修正表达式：
式(7)：
Figure BDA0002712466100000111
上述中，参数Cm、α、β反应了频率对磁芯损耗的影响，CT反应温度对磁芯损耗的影响，Pv为单位体积的铁芯损耗功率，feq为等效的正弦重复磁化频率，fr为直流偏置系数。通过分析变流器典型调制策略下的电机高频磁链纹波和电流纹波样式，获得其等效的正弦重复磁化频率和幅值，并采用有限元仿真拟合的方法建立以电机定子磁链纹波和开关频率为变量的变永磁磁链同步磁阻电机高频铁耗数学多项表达形式(7)及关键特征系数Cm、α、β。结合上述的步骤三所获得的不同低矫顽力(铝镍钴)永磁磁链条件下，变永磁磁链同步磁阻电机励磁电流分量与定子磁链之间的映射数据库，将损耗中的参数变量转化为永磁磁链和励磁电流，形成以励磁电流和永磁磁链为二维变量的电机高频铁耗精确模型。
将电机高频铁耗、铜耗和基波频率下的损耗结合起来，则得到给定PWM调制方式下，以永磁磁链和定子电流为变量的电机损耗精确模型：
式(8)：
Pm＝f(ψs，is)
在上述分析中，励磁电流和磁链的调节，势必影响电机的机端电压电流参数，因而影响变流器的工作状态，造成变流器损耗变化。
变流器的损耗主要包括开关损耗和通态损耗。其中开关损耗为变流器中各开关管器件在开通过程和关断过程中的电压电流的瞬时值的乘积，即：
式(9)：
Figure BDA0002712466100000121
式(10)：
Figure BDA0002712466100000122
变流器的导通损耗可以表示为：
式(11)：
Figure BDA0002712466100000131
其中，Pup表示变流器的开通损耗，Pdown表示变流器的关断损耗，Pon表示变流器的导通损耗。j表示变流器中开关管的顺序标号，
Figure BDA0002712466100000132
表示第j个开关管的开通时间，
Figure BDA0002712466100000133
表示第j个开关管的关断时间，
Figure BDA0002712466100000134
为第j个开关管开通过程中的瞬时管压降，
Figure BDA0002712466100000135
为第j个开关管开通过程中的瞬时电流。
Figure BDA0002712466100000136
为第j个开关管关断过程中的瞬时管压降，
Figure BDA0002712466100000137
为第j个开关管关断过程中的瞬时电流，
Figure BDA0002712466100000138
为第j个开关管导通过程的瞬时电流，Req为开关管通态等效电阻。
当电机参数变化时，例如当电机所需定子电流增大时，需使开关管的通态电流增大，进而变流器的通态损耗增大；当电机电感增大时，开关管的电流上升时间和下降时间将增大，进而影响变流器的开关损耗。这些影响变化皆可由变流器不同工作状态(调制比、电流和功率因数)描述，因而可以建立对应不同工作状态的变流器损耗数据。在电机转矩和转速给定的条件下，变流器的工作状态随转子永磁磁链和励磁电流的状态变化而变化，因而变流器的损耗最终可由转子永磁磁链和励磁电流的状态决定，据此可以建立以转子永磁磁链和励磁电流为二维参变量的变流器损耗计算模型：
式(12)：
Pr＝f(ψr,id)
其工作流程如图11所示，图11是变流器损耗计算流程图，包括如下流程： 11.1给定转矩转速条件，11.2以转子永磁磁链和励磁电流为参变量，根据电机电流反馈和电机模型，计算获得电机相电压基波分量，11.3由电机电流和相电压基波分量，推导获得变流器通态电流、调制比、功率因数，11.4根据11.3获得的状态参数，结合变流器模型，计算变流器损耗，11.5建立以转子永磁磁链和励磁电流为参变量的变流器损耗计算模型。
结合电机损耗精确模型和变流器损耗模型，可以获得电机-变流器系统一体化损耗控制模型：
式(13)：
Ploss＝Pm+Pr＝Γ(ψr，id)
在给定转矩和转速条件下，结合图10所示电机损耗精确计算模型和图11 所示变流器损耗计算模型，获得磁链可调永磁辅助同步磁阻电机系统的一体化损耗模型，并离线分析理论获取对应电机-变流器系统整体损耗最小的转子永磁磁链和励磁电流二维变量最优值。电机实际控制时，根据理论设计设定永磁磁链最优值，依握在线寻优策略动态调节和永磁磁链和励磁电流分量，在不同转矩和转速要求下实现电机-变流器系统的效率动态优化控制，使电机系统在最优工况下运行，如图12所示。
图12是变永磁磁链同步磁阻电机变流器系统效率优化运行流程图，包括如下流程：12.1给定转矩和转速条件，12.2根据电机总损耗和电机变流器损耗模型计算电机-变流器系统损耗，12.3基于以转子永磁磁链和励磁电流为参变量的电机-变流器总损耗模型，获得给定转矩和转速条件下的损耗永磁磁链和励磁电流最优设定值，12.4结合永磁磁链和励磁电流关系曲线调节励磁电流和永磁磁链，12.5获得损耗最优运行工况。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，所述电机系统包括定子铁芯(1.2)和转子铁芯(1.6)，定子铁芯(1.2)上均匀布置有多组定子绕组线圈(1.3)，转子铁芯(1.6)上均匀布置有多组低矫顽力永磁体(1.4)和高矫顽力永磁体(1.5)，低矫顽力永磁体(1.4)和高矫顽力永磁体(1.5)两侧均设置有U型磁障(1.7)，其特征在于，所述效率优化控制方法包括以下步骤：
一、在电机精准控制模型基础上，分别以两电平变流器和三电平变流器为对象，分析变流器典型调制策略下的电机高频磁链纹波和电流纹波样式，分析其等效正弦重复磁化频率和幅值；
二、结合Steinmetz损耗模型和Jiles-Atherton损耗模型推导计算变永磁磁链同步磁阻电机在开关频率下的高频损耗；
三、将变永磁磁链同步磁阻电机基波频率下的损耗和高频损耗相加，获得变永磁磁链同步磁阻电机总损耗，在不同低矫顽力永磁磁链条件下，通过有限元仿真获得变永磁磁链同步磁阻电机励磁电流分量与定子磁链之间的映射数据库，形成以励磁电流和永磁磁链为二维变量的电机损耗精确模型；
四、在给定转矩和转速条件下，以转子永磁磁链和励磁电流为参变量，根据电机电流反馈和电机模型，计算获得电机相电压基波分量，推导相应变流器调制比、通态电流与功率因数；
五、依据获得的变流器状态参数，结合变流器损耗模型，计算变流器损耗，建立以转子永磁磁链和励磁电流为二维变量的变流器损耗模型；
六、结合变流器损耗模型、电机损耗精确模型，获得变永磁磁链同步磁阻电机-变流器系统的一体化损耗模型；
七、在给定转矩和转速条件下，依据电机-变流器系统一体化损耗模型，通过在线寻优的方式，调节永磁磁链和励磁电流以实现电机效率最优化。
2.根据权利要求1所述的一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，其特征在于，所述电机系统在多层磁障转子结构中布置了切向充磁方向的铝镍钴低矫顽力和钕铁硼高矫顽力复合永磁体，所述电机系统采用永磁和直轴电流混合励磁方式，电磁转矩由磁阻转矩和两种永磁磁链产生的永磁转矩共同构成，永磁转矩随低矫顽力永磁磁链的调节而变化，给定电磁转矩下永磁转矩和磁阻转矩的比例可调。
3.根据权利要求1所述的一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，其特征在于，所述低矫顽力永磁体(1.4)和高矫顽力永磁体(1.5)沿径向复合，或者高矫顽力永磁辅助的转子(2.1)和低矫顽力永磁辅助的转子(2.2)沿轴向复合，磁路上，两种永磁磁链相互串联共同构成转子永磁磁链，低矫顽力永磁磁链通过瞬时直轴脉冲在线调节，同时沿圆周方向相邻的两个永磁体组充磁方向相反，形成聚磁结构。
4.根据权利要求1所述的一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，其特征在于，所述步骤二中：利用Steinmetz模型和Jiles-Atherton模型获得电机损耗关于磁链偏置、定子磁链纹波分量和开关频率的高频损耗数学拟合表达式，修正了现有电机损耗控制模型考虑不完备的问题。
5.根据权利要求1所述的一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，其特征在于，所述步骤六中：将电机损耗和变流器损耗结合起来协调优化，提供了系统层面的效率优化方法，避免了变流器效率优化优化和电机效率优化顾此失彼的问题。
6.根据权利要求1所述的一种变永磁磁链同步磁阻电机系统的效率优化控制方法，其特征在于，所述步骤七中：充分发挥了低矫顽力永磁磁链和励磁电流二维优化变量的优势，拓展了效率优化的可选择性，提高了电机和变流器系统整体效率优化的实际效果。
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