无刷双馈混合磁极永磁电动机及其调速系统的研究

摘要

无刷双馈混合磁极永磁电动机为一种新型的混合励磁永磁电机，该电机的控制绕组电流可以实现增磁和弱磁的双向调节，具有很强的调节主磁场的能力，能够使得电机运行在较宽的转速范围。本文对该新型电机的矢量控制策略和调磁能力进行了深入的研究，并进行了调速系统的设计，同时进行了相关实验。
　　 在介绍了该电机的结构、原理与磁路特点的基础上，本文建立了该电机在dq坐标系统下的数学模型。利用该数学模型对该电机进行了矢量控制分析，提出了该电机的矢量控制策略：功率绕组d轴电流等于0的控制策略、功率绕组功率因素等于1的控制策略和基于定子磁场定向的矢量控制策略，并详细阐述了这些控制策略的控制原理和具体控制方法。研究发现该电机采用上述控制方式时，比一般的永磁同步电机具有更好的调速和转矩控制性能。
　　 本文利用ANSYS电磁场计算程序对现有的一台无刷双馈混合磁极永磁电机进行了电动状态下的有限元分析。分析发现该样机的空载调磁能力和负载调磁能力难以满足其做电动机运行时的性能需求；影响其弱磁性能的主要原因为该电机的定子轭宽过窄造成磁路容易饱和以及q轴电抗过大使得定子电压上升。本文在考虑到这两个因素的基础上设计了一台电动机样机，该电动机的弱磁扩速能力良好，能够运行在较高的转速范围。
　　 本文采用功率绕组d轴电流等于0的矢量控制方法对现有电机进行了调速系统的设计，该系统采用TMS320LF2407作为处理器进行矢量控制算法的全数字化处理。最后本文建立了样机的实验平台，将设计的调速系统加载到样机上进行了相关实验，同时给出了相关实验波形，实验结果表明该系统基本达到了预期的设计目标。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源与选题意义

1.2 混合励磁永磁电机的研究现状

1.2.1 有刷混合磁极永磁电机

1.2.2 混合励磁双凸极电机

1.3 永磁同步电动机的调速技术

1.4 本文的主要研究内容

第2章 无刷双馈混合磁极永磁电动机的矢量控制

2.1 无刷双馈混合磁极永磁电机的原理

2.2 无刷双馈混合磁极永磁电动机的数学模型

2.3 无刷双馈混合磁极永磁电动机的控制策略

2.4 基于dq轴的矢量控制

2.4.1 功率绕组d轴电流等于0的矢量控制

2.4.2 功率绕组功率因素等于1的矢量控制

2.5 基于定子磁场定向的矢量控制

2.5.1 功率绕组定子磁场的定向和检测

2.5.2 矢量控制系统

2.6 小结

第3章 无刷双馈混合磁极永磁电动机的电磁场与特性分析

3.1 电磁场计算方法

3.2 计算方法的验证

3.3 电机的空载调磁特性分析

3.4 电机的负载调磁特性分析

3.5 电动机样机设计数据

3.6 小结

第4章 调速系统的硬件设计

4.1 调速系统的总体设计方案

4.2 主回路设计

4.3 控制电路设计

4.4 驱动电路设计

4.4.1 驱动隔离电路

4.4.2 驱动电源

4.5 检测电路设计

4.5.1 电流的检测

4.5.2 转速的检测

4.6 小结

第5章 调速系统的软件设计

5.1 软件总体设计

5.2 系统初始化和数据定标

5.3 转速和转子转角的测量[37]

5.4 计算环节

5.5 磁场和转矩的控制

5.6 逆变器的SVPWM调制

5.7 小结

第6章 样机实验分析

6.1 实验设备与装置

6.2 SVPWM的实验结果

6.3 小结

第7章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果