车辆用稀土永磁起动发电一体化装置及控制技术研究

摘要

汽车电气系统中，起动机和发电机是两个相互独立的电气装置。根据电机可逆理论，本文设计了一台飞轮式外转子起动发电机安装在发动机曲轴上，实现起动和发电功能，可以减轻车身重量、节约空间、降低成本。本文的主要研究内容如下：
　　1、对起动发电一体化装置的结构参数和电磁参数进行计算。设计出防止永磁材料脱落且散热良好的飞轮式永磁外转子。定子采用分数槽结构，起动绕组和发电绕组同向同槽绕制，双绕组结构兼顾电机大电流快速起动和发电高速运转时稳定输出直流电的特点。利用有限元法对电机磁场进行仿真，仿真结果验证了电机磁路的合理性。
　　2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，分析了起动过程的主要影响因素。在研究直接转矩控制理论的基础上，设计永磁无刷直流电机的直接转矩控制系统。在定子静止坐标系中建立转矩和磁链算法模型，采用转矩和磁链双滞环结构，根据转矩偏差选择相应的电压矢量实现对电磁转矩的直接控制。建立了控制系统仿真模型，仿真结果表明该控制方案可以有效减小起动过程的转矩脉动。
　　3、以TMS320F2812控制器为核心完成起动机控制系统的硬件设计。设计发电稳压控制电路，利用Multisim10对稳压电路进行仿真，仿真结果表明电机在宽转速变负载范围内能稳定输出42V直流电。对该起动发电机和控制器进行调试实验，实验结果证实该起动发电机各项指标达到设计要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外相关研究情况及发展趋势分析

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.2.3发展趋势分析

1.3本课题的主要研究内容

第二章 起动发电一体化装置结构设计

2.1总体结构设计

2.1.1设计指标

2.1.2结构方案

2.2转子定子结构设计

2.2.1槽极数确定

2.2.2永磁体尺寸

2.2.3转子结构尺寸

2.2.4定子结构尺寸

2.3绕组设计

2.3.1绕组槽号分布

2.3.2绕组的匝数计算

2.4起动发电机磁场仿真分析

2.4.1电机电磁计算方法

2.4.2起动发电机有限元分析

2.5本章小结

第三章 起动发电机直接转矩控制策略分析

3.1永磁无刷直流电机的结构及工作原理

3.1.1永磁无刷直流电机的结构及位置传感器

3.1.2永磁无刷直流电机的工作原理

3.2永磁无刷直流电机的数学模型及起动特性分析

3.3永磁无刷直流电机直接转矩控制原理及特点

3.4定子磁链和转矩观测

3.4.1磁链观测

3.4.2转矩观测

3.5转矩及定子磁链控制

3.5.1转矩两点式调节器

3.5.2定子磁链三点式调节器

3.6直接转矩控制电压空间矢量及开关表

3.7直接转矩控制系统仿真分析

3.8本章小结

第四章 起动发电一体化装置控制系统设计

4.1电动机硬件设计

4.1.1DSP控制器

4.1.2驱动电路

4.1.3主电路

4.1.4电流检测电路

4.1.5转速及转子位置检测电路

4.2发电机稳压电路

4.2.1起动发电转换电路

4.2.2发电稳压电路

4.2.3发电稳压电路的仿真

4.3样机试验

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在校期间获得的荣誉及参与的课题与发表的论文