基于新型逆变器的永磁无刷直流电机弱磁扩速研究

摘要

永磁无刷直流电机使用永磁体产生气隙磁场，不需要励磁，具有结构简单、功率密度高、易维护、调速性能优良等优点。已经在工业控制、机械设备、机器人、计算机、数控车床等领域得到广泛的应用，目前在新兴的电动汽车领域，使用永磁无刷电机作为驱动是主流趋势。
　　电动汽车驱动电机要求在基速以下采用恒转矩驱动，在基速以上保持恒功率运行，具备宽广的调速范围。在高于基速运行时，永磁无刷电机采用弱磁控制，传统的六功率管三相桥式逆变器中存在非导通相反电势引起的回馈电流，限制了弱磁扩速范围。
　　针对这一问题，本文在大量阅读国内外相关文献的基础上，提出了一种新型八功率管逆变器拓扑结构，成功用于永磁无刷直流电机的弱磁扩速。
　　论文首先论述了永磁无刷直流电机的工作原理和弱磁的基本原理。然后，分析了传统拓扑结构逆变器用于弱磁扩速时存在的问题，并提出新型逆变器的拓扑结构。接着，本文探讨了新型逆变器的控制策略，并结合Matlab/Simulink仿真工具，建立了新拓扑结构逆变器弱磁扩速仿真模型。通过和传统拓扑结构逆变器仿真模型对比，证明了新型拓扑结构逆变器有更好的扩速效果。
　　最后，本文介绍了实验系统的软硬件设计，给出了硬件电路设计方案和dSPACE平台下RTI控制模型的详细介绍，并在实验平台上，进行了不同负载下的弱磁扩速实验验证。仿真和实验结果表明，本文所提出的八功率管新型逆变器能够显著扩展永磁无刷直流电机的弱磁调速范围，具有较好的应用前景。

目录

声明

致谢

摘要

绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 电动汽车驱动系统简介

1．3 永磁无刷直流电机的发展历史

1．3．1 换向方式的变化

1．3．2 永磁材料的进步

1．4 国内外研究现状

1．4．1 无刷直流电机无位置传感器控制技术

1．4．2 无刷直流电机转矩脉动的抑制

1．4．3 无刷直流电机弱磁扩速研究现状

1．5 研究目标和内容

第2章 永磁无刷直流电机的基本理论

2．1 无刷直流电机简介

2．1．1 无刷直流电机逆变器控制

2．2 无刷直流电机的数学模型

2．4．1 电压状态方程

第3章 无刷直流电机弱磁扩速理论及仿真研究

3．1 电流相位超前法弱磁控制方式

3．1．1 相位超前法概述

3．1．2 相位超前法弱磁原理分析

3．1．3 普通逆变器下相位超前法存在的问题

3．2 新拓扑结构用于无刷直流电机弱磁扩速

3．2．1 续流电流与反电势回馈电流

3．2．2 新拓扑结构简介

3．2．3 线反电势回馈电流的限制

3．2．4 非导通相反电势回馈电流的限制

3．2．5 QH、QL的开关时序

3．3 Matlab仿真环境简介

3．3．1 Matlab简介

3．3．2 Simulink工具箱

3．4 普通相位超前法的Matlab仿真

3．4．1 仿真模型的建立

3．5 新拓扑结构逆变器弱磁扩速的仿真

3．5．1 仿真模型简介

3．5．2 弱磁扩速效果

第4章 实验平台软硬件设计

4．1 dSPACE实验平台及RTI模型

4．1．1 dSPACE平台简介

4．1．2 RTI模型

4．2 硬件电路设计

4．2．1 功率电路

4．2．2 控制电路

4．2．3 电源电路

4．2．4 恒转矩负载的设计

第5章 实验结果与分析

5．1 实验平台

5．2 轻载实验

5．3 负载实验

5．4 结论

第6章 总结与展望

参考文献

硕士期间所发表的文章