基于定子磁链规划的异步电机最优效率控制

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（中山大学 物理科学与工程技术学院，广东 广州 510275）

1 引言

在传统的异步电机控制系统中，电机一般运行在额定磁链的条件下，在额定负载状态下，电机的效率较高，然而在轻负载时，由于过多的铁损和铜损，降低了电机的效率［1］。本文研究异步电机效率优化及直接转矩控制性能改善问题，根据电机的效率模型以及定子磁链、转子磁链的关系，提出了基于定子磁链规划的效率优化方法，通过检测比较各个磁链值对应的功率损耗，在线搜索出消耗功率最小的磁链值。仿真结果表明本文提出的定子磁链规划效率优化算法能够减小异步电机轻负载时的输入功率，对电机的稳定运行不会产生显著影响。

2 定子磁链规划的原理和设计

2.1 异步电机的损耗模型

对于笼式异步电机，在d－q坐标系下，转子电压urd＝urq＝0，由于规定d轴方向为转子磁链的方向，则Ψrq＝0，因此，在稳态运行下电机的电压和电磁转矩方程为

式中：下标d，q表示d－q坐标系；下标s，r分别为定子和转子；np为极对数；Lm为互感；ω1为定子角频率；Te为转矩。

定子端的输入功率为

将式（1）代入式（3），得到输入功率为

由Ψrd＝Lmisd＝Ψr，并把式（2）代入式（4）得到：

在磁链定向条件下转差频率为

其中，Tr＝Lr／Rr，将ω1＝ω2＋npωr代入式（5）得到：

式中：ωr为转子的机械转动角频率。

在异步电机稳态运行时，电机的运行效率表示为

从式（7）可以看出，在异步电机的运行条件不变的情况下，若要电机效率最大，只需要电机定子侧有功功率Pin最小即可［2］。

由∂Pin／∂Ψr＝0，则对应于电机损耗最低时的转子磁链值为