林立+朱赟骏+赵海艳

摘 要：为了提高车用异步电机系统的效率，增加一次充电续行里程，本文基于异步电机损耗模型，将异步电机损耗列为目标函数，得出输入功率与转子磁链、电磁转矩和转速的函数关系，基于偏微分理论，获得最优控制磁链，实现基于损耗模型的异步电机最优磁链控制。建立系统仿真模型并进行仿真，仿真结果表明基于损耗模型最优磁链控制的异步电机系统效率获得了一定程度的提升。

关键词：电动汽车；异步电机；效率优化；损耗最小控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.234

0 引言

随着汽车工业的发展，环境污染和能源危机成为不可忽略的问题，发展新能源电动汽车具有广阔的前景[1-2]。异步电机因结构简单、可靠性高、价格便宜等优点，在轨道交通、电动汽车、暖通空调、风力发电等领域得到了广泛应用，在电池大量储能没有根本解决的情况下，提高车用异步电机系统效率，增大一次充电续行里程，成为目前研究热点[3-4]。本文基于异步电机损耗模型，将异步电机损耗列为目标函数，得出输入功率与转子磁链、电磁转矩和转速的函数关系，基于偏微分理论，获得最优控制磁链，实现基于损耗模型的异步电机最优磁链控制。依据模型损耗最优磁链控制原理，建立系统仿真模型并进行仿真，仿真结果表明基于损耗模型最优磁链控制的异步电机系统效率获得了一定程度的提升，从而可以增加一次充电续航里程，对于电动汽车的推广具有重要的意义。

1 计及铁损的异步电机仿真模型

常规异步电机控制一般不考虑铁损，影响了异步电机的控制性能[5]。本文考虑计及铁损的异步电机数学模型，开展铁损和铜损平衡时效率优化控制研究，以提高系统运行效率。本文在静止坐标系上建立考虑铁损的异步电机数学模型，计及铁损的异步电机模型，用一个纯电阻代替定子铁损，据此建立考虑铁损的异步电机的仿真模型为：

2 损耗最小效率优化控制策略

2.1 损耗最小效率优化最优磁链

异步电机的损耗主要包括定子铜损、定子铁损、转子铜损、机械损耗和杂质损耗。本文主要是优化定子铜损、定子铁损和转子铜损，因此，根据电机原理和计及铁损的异步电机模型将总损耗计算出来，得到一个关于转子磁链的凹函数，具体如下：

2.2 损耗最小效率优化控制系统

损耗模型法控制策略是用求得的最优磁链去控制异步电机从而达到效率优化的一种算法。首先根据异步电机原理和计及铁损的异步电机数学模型将异步电机损耗列成目标函数，得出输入功率与转子磁链、电磁转矩和转速的函数关系；然后对目标函数进行分析，得出在电磁转矩和转速稳定的前提下，目标函数是转子磁链的凹函数。基于偏微分理论，求得函数最小值的最优磁链。最后将最优磁链作为系统设定去控制异步电机，从而达到效率优化的目的。损耗模型法控制策略的框图如图2所示。

3 系统仿真及结果分析

仿真参数如下：异步电机额定参数：电压380V、频率50Hz、极对数2，铁损等效电阻Rm=5，定子电阻Rs=0.435，定子漏感Lls=0.002mH，转子电阻Rr=0.816，转子漏感Llr=0.002mH，互感Lm=0.069mH，轉动惯量J=0.19kg·m2 定子绕组自感Ls=Lm+Lls=0.069+0.002=0.071mH，转子绕组上的自感为Lr=Lm+Llr=0.071mH，

控制参数：转速调节器ASR的参数：比例放大器放大倍数为3.8，积分放大器放大倍数为0.8；转矩调节器ATR的参数：比例放大器放大倍数为4.5，积分放大器放大倍数为12；磁链调节器AR的参数：比例放大器放大倍数为1.8，积分放大器放大倍数为100。

将上述参数代入系统模型，1.5秒后切入基于损耗模型法的控制策略。电机给定转速为100r/min，负载转矩为5N·m，仿真时间设为5s，仿真结果如图3和图4所示。

由仿真结果可知，经过1s后，电机稳定在100r/min，系统能够按照转速给定运行，转矩能够维持稳定，电磁转矩等于负载转矩为5N·m。由图3可知，磁链由最初的1.5Wb经过寻优后下降到0.51Wb，跟理论值相吻合。

由以上分析可知：切入控制策略后，功率由最初的120W下降到112W，效率由最初的43.6%提高到47.0%，效率提高了3.4%。

4 结论

从仿真结果可以得到：将电机的转速给定为100r/min，负载转矩为5N·m时，基于损耗模型最优磁链控制的异步电机系统效率提高了3.4%，说明损耗模型法控制策略可以提高异步电机的效率，从而增加一次充电续航里程，对于电动汽车的推广具有重要的意义。

参考文献：

[1]王丹，续丹，曹秉刚.电动汽车关键技术发展综述[J].中国工程科学，2013，15（01）：68-72.

[2]程启明，吴凯，王鹤霖.电动汽车技术的发展研究[J].电机与控制运用，2013，40（06）：1-6.

[3]房康宁.基于矢量控制的异步电机效率优化控制研究[D].浙江：中国矿业大学，2014.

[4]张立伟.电动汽车用异步电机系统效率优化控制研究[D].北京：中国科学院研究生院，2005.

[5]芦晓静，温旭辉.考虑铁损的异步电机仿真建模[J].电机与控制运用，2005，32（08）：3-6.