电机系统效率模型分析与优化

电机是电动汽车的重要组成部分之一。电机的输出特性是电机和电机控制器的综合特性，因此在建模过程中把电机及其控制器作为一个整体进行考虑。

电机系统建模有机理建模和试验建模两种方法，这里不考虑电机控制问题，采用试验建模方法，分析电机系统外特性。电机系统特性包括力矩外特性、功率外特性及效率特性。力矩外特性即电机力矩随电机转速的变化情况，功率外特性即为电机功率随电机转速变化情况。本节研究的电动汽车采用永磁同步电机，外特性曲线如图9-6和图9-7所示。

图9-6　电机转矩外特性曲线

电机的最大转速为10 000r/rain，基速为3880r/rain。电机转速在基速以下时，电机输出恒力矩，功率随着转速的增大而线性增大；当电机转速达到基速以上时，电机输出功率不变，输出力矩随着转速的增大而减小。从图9-6中还可以看出，电机可以实现两象限运行，即除了输出正转矩外，在转速方向不变的情况下，还能输出负转矩，而且理论上能做到两象限特性的对称，这对制动能量回收具有重要意义。

图9-7　电机功率外特性曲线(www.xing528.com)

根据以上分析，电机作为发电机运行时，转矩与电机转速满足如下关系

式中，Tm是电机转矩（N·m）；Tc是常值转矩（N·m），表示额定转矩或峰值转矩；n是电机转速（r/min）；Pc是与Tc对应的常值功率（k W），表示额定功率或峰值功率。

电机系统的效率特性相当于发动机的万有特性，反映系统工作效率。图9-8为所研究的电动汽车用电机系统的效率三维图。

电机效率与电机转矩及转速有关，即

式中，ηm是电机系统效率，与电机转速及转矩的关系可以通过试验数据拟合得到。