双绕组无刷直流电机的转矩脉动抑制研究与设计

摘要

在全世界推动清洁能源和纯电动汽车的大趋势下，纯电动汽车作为一个新能源的风向标已经称为一个重要的研究方向。选择合适的电机，对于新能源汽车的发展具有良好的促进作用。永磁无刷直流电机具有体积小，结构简单，运行效率高等多优良的性能，作为电动汽车的驱动电机十分适合。经过多年的发展，永磁无刷直流电机已经在控制领域取得了长足的发展，但是永磁无刷直流电机的转矩脉动对电机的应用范围产生了影响，转矩脉动就成了一个无法回避的事实。 对电动汽车而言，永磁无刷直流电机的转矩脉动虽然不会对汽车的行驶造成很大影响，但是转矩脉动会影响电机的工作效率，增加铜耗。铜耗的增加对于纯电动汽车的电池来说有很大的负担，鉴于现在电池技术暂时没有质的突破，所以对于电动汽车而言要想增加纯电动汽车的续航里程，用六相电机代替三相电机是有效的方法之一。 文章依据永磁永磁无刷直流电机的基本结构，分别论述了三相电机和六相电机的工作原理并建立数学模型，利用数学方法计算推导了三相和六相电机的换相转矩并进行对比，得出结论六相电机的换相转矩脉动是三相电机的一半。 就六相电机的转矩脉动进行分类，首先在电机运行的非换相期间，对二极管续流引起的转矩脉动原因进行分析推导，得出PWM调制方式的不同会引起二极管的续流。对比五种PWM调制的控制策略，通过数学计算推导得出pwm-on-pwm调制策略能完全抑制因续流引起的转矩脉动。针对在换相期间引起的转矩脉动，通过计算推导，得知脉动的产生跟电机的转速有关。在电机处于高速阶段时，pwm-on-pwm调试方式不能抑制换相转矩脉动的产生，因此本文在滞环控制策略的基础上提出了一种换相鉴别的方法，通过换相鉴别器鉴别出换相的时刻，采用重叠换相的原理对高速期间的换相转矩脉动进行抑制，并通过PLECS仿真对所提出控制策略进行仿真，验证了其可行性。 最后，设计基于DSP&CPLD的永磁无刷直流电机控制器为硬件平台，在硬件平台上通过实验验证了所提出的转矩脉动抑制策略的可行性，取得良好效果。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景和意义

1．2无刷电机的发展应用

1．3国内外研究现状

1．3．1永磁无刷直流电机转矩脉动的研究现状

1．3．2双绕组电机的研究现状

1．4本文主要研究内容

第2章永磁无刷直流电机的建模与计算

2．1永磁无刷直流电机的基本结构

2．1．1电动机本体

2．1．2转子位置传感器

2．1．3逆变器

2．2三相永磁无刷直流电机的工作原理与建模

2．2．1三相永磁无刷直流电机的工作原理

2．2．2三相永磁无刷直流电机的数学模型

2．2．3电磁转矩和机械运动方程

2．3六相永磁无刷直流电机的工作原理与建模

2．3．1六相永磁无刷直流电机的工作原理

2．3．2六相永磁无刷直流电机的数学模型

2．3．2电磁转矩和机械运动方程

2．4六相无刷电机与三相无刷电机换相转矩对比计算

2．5本章小结

第3章无刷直流电机的转矩脉动抑制策略

3．1二极管续流引起的转矩脉动

3．2 PWM调制方式对非导通相续流的影响

3．2．1非导通相续流引起的转矩脉动

3．2．2 pwm-on-pwm调制方式对六相无刷电机反电势影响

3．3永磁无刷直流电机换相转矩脉动

3．3．1 pwm-on-pwm调制方式对换相转矩脉动的影响

3．3．2换相时间鉴别方法

3．3．3高速时换相转矩脉动的抑制

3．4本章小结

第4章仿真搭建与结果分析

4．1永磁直流无刷电机的模型

4．2永磁无刷电机控制器模型

4．3仿真结果分析

4．4本章小结

第5章系统软硬件设计及实验结果分析

5．1 pwm-on-pwm的数字实现方法

5．2六相永磁无刷直流电机控制系统的结构框图

5．3控制系统的硬件电路

5．3．1主电路

5．3．2控制电路

5．3．3检测电路

5．3．4电流比较电路

5．3．5功率管驱动电路

5．3．6通讯电路

5．4软件设计

5．5实验环境与结果分析

5．6本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文