新型混合励磁磁通切换电机的控制策略研究

摘要

混合励磁磁通切换电机(Hybrid-ExcitedFlux-Switching电机，简称HEFS电机)是在永磁型磁通切换电机(PermanctMangnetFlux-Switching电机，简称PMFS电机)基础之上引入电励磁线圈，使得气隙磁场由永磁体和励磁电流共同产生，从而可以通过改变励磁电流的大小与极性来直接调节磁场的一种新型混合励磁电机。该电机不但具有PMFS电机转子结构简单、高功率密度、高效率等优点，还有可以通过调节电励磁绕组改变气隙磁密从而实现低速恒转矩区大转矩输出、高速恒功率区宽调速范围的性能。本文对一台采用铁氧体作为永磁材料的三相定子12槽转子10极的HEFS电机的结构特点、运行原理、数学模型、稳态性能、动态性能、调磁能力等进行了较为全面的研究。在分析电机及其驱动系统正常状态的基础之上，推导了由于退磁导致三相空载永磁反电势不对称及存在较大高次谐波情况下的补偿控制策略。研制了基于TMS320F2812的数字控制驱动系统，并进行了仿真和实验研究，验证了HEFS电机及其驱动控制系统在发生部分不可逆退磁条件下依然具有较好的调磁特性和驱动性能。本文的工作为HEFS电机应用于电动汽车等领域奠定了理论与实验基础。
　　论文的研究成果主要包括以下几方面：
　　1)介绍了HEFS电机的基本工作原理与静态特性，并分别在定子坐标系和转子坐标系下建立了HEFS电机的数学模型，验证了矢量控制算法应用于该电机的可行性。
　　2)在谐波分析的基础上，建立了一台HEFS电机三相不对称空载永磁反电动势的数学模型，从抑制转矩脉动的角度出发，提出了基于对称分量法的正序、负序与高次谐波电流的补偿控制策略。
　　3)在Matlab/Simulink平台上分别建立了HEFS电机在正常状态与发生部分不可逆退磁状态下的仿真模型，并完成了各种工作模式下的仿真研究，包括转速突变、负载突变等，重点研究了调磁特性与转矩脉动抑制。
　　4)设计了基于数字信号处理器(DSP)TMS320F2812的HEFS电机数字驱动控制实验平台，包含了软硬件结合、多层次的综合保护电路，为HEFS电机及其驱动控制系统的实验验证奠定了基础。
　　5)针对车用驱动系统，设计了基于旋转变压器的转子位置与转速检测电路及软件算法。
　　6)基于所设计的实验平台，进行了一系列的实验研究，实现了电枢电流矢量控制、调磁性能验证以及抑制转矩脉动的补偿控制。将仿真与实验结果对比分析，验证了HEFS电机驱动控制系统具有良好的驱动性能及调磁性能。