内置式永磁同步电机弱磁调速控制方法研究

摘要

随着全球机动车保有量的不断增加，汽车内燃机排放出的大量有害气体给环境带来的危害越来越明显的成为一个不可忽视的环境问题，加之石油价格日益攀升和储量不断下降，使得人们不得不积极寻找一个内燃机的动力替代方案。近几年来随着永磁材料性能的不断提高和完善，电力电子元器件的飞速发展以及控制算法的逐渐成熟，促进永磁同步电动机的应用和研发进入了一个新阶段。在这种背景下，作为汽车工业对环境污染问题最终解决方案的电动汽车有越来越强的趋势采用永磁同步电机作为动力核心，特别是具有更强扩速能力的内置式永磁同步电机。因此加强研究和发展高性能内置式永磁同步电动机驱动系统具有重要的理论意义和实用价值。
　　 本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机弱磁控制方法的研究。由于内置式永磁同步电机基速下采用最大转矩电流比控制方式最佳，本文对其控制模式过渡到弱磁控制模式的过程进行深入分析探讨，针对定子电流轨迹的特点设计了移相弱磁控制系统，并通过仿真验证理论正确性以及搭建实验平台验证实际有效性。
　　 本文首先对永磁电机进行了详细分类，在此基础上介绍了内置式永磁同步电机作为电动汽车动力的优越性。重点分析永磁同步电动机的功率、转矩特性，损耗及效率特性；建立起永磁同步电动机的数学模型；进而确定了内置式永磁同步电机基速下采用最大转矩电流比控制方式，而基速上采用弱磁控制方式的控制特性。在对这两种控制方法的定子电流轨迹进行深入的分析并讨论切换控制模式的转速点受负载影响情况的基础上，设计出了移相弱磁控制系统并仿真验证。
　　 最后本文利用高性能DSP芯片TMS320F2812作为控制核心，搭建了内置式永磁同步电机移相弱磁控制系统。针对基速下最大转矩电流比和移相弱磁控制做了空载和负载实验，充分验证了该控制策略的有效性。