内置混合式转子可控磁通永磁同步电机有限元分析与控制

论文摘要

传统的永磁同步电动机永磁磁场难以调节,弱磁升速困难。为了提高永磁同步电动机的弱磁范围,科技工作者提出了多种结构的永磁同步电动机,其中包括V Ostovic提出的可控磁通永磁同步电机——记忆电机。但其三明治式转子结构导致极弧系数低、机械强度差等问题。所提出的内置混合式转子可控磁通永磁同步电机,充分利用钕铁硼永磁体剩磁密度高、矫顽力高,而铝镍钴剩磁密度高、矫顽力很低的特点,通过在转子空间内合理放置两种永磁体和分配它们的尺寸,使两者在磁性能上合理配合。在保障电机各项基本性能的前提下,能够实现真正意义上的永磁同步电机弱磁宽调速。电机稳定运行时采用id=0控制,电枢电流仅是交轴电流,交轴电枢反应磁动势的方向与铝镍钴的磁化方向正交,对其磁化状态影响很小。需要调速时,通过定子绕组施加方向和幅值均受控的直轴电流矢量id脉冲,就可改变铝镍钴永磁体磁化方向和剩磁强弱,达到控制气隙永磁磁通大小的目的。两种永磁体磁化方向一致时,虽然铝镍钴永磁体对气隙永磁磁通贡献不大,却将钕铁硼永磁体贡献的磁通推向定子,气隙永磁磁通最强;两者磁化方向相反时,铝镍钴永磁体将钕铁硼永磁体产生的磁通在转子内部部分旁路,气隙永磁磁通被削弱。针对不同的永磁体宽度和厚度建立了一系列电机模型,利用有限元法给出电机在不同工况下电机内部磁场分布情况和气隙磁场波形,并对负载电流对电机直轴永磁磁场的影响进行了分析,得出永磁体尺寸调整对电机弱磁倍数影响的变化规律。指出增加电机交轴电感的必要性。针对内置混合式转子可控磁通永磁同步电机使用直轴电流id进行弱磁控制的特点,设计了适合其的控制策略。并根据所提出的可控磁通永磁同步电机的控制策略,设计了控制系统。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁电机的发展概况
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 传统永磁同步电动机的特点
• 1.2 永磁同步电机结构
• 1.2.1 永磁同步电机总体结构
• 1.2.2 永磁同步电机转子磁路结构
• 1.2.3 隔磁措施
• 1.3 本课题研究目的和研究内容
• 1.3.1 永磁同步电动机弱磁调速方法发展概况
• 1.3.2 本课题研究目的和主要内容
• 第二章 可控磁通永磁同步电机的结构与原理
• 2.1 永磁材料及其性能
• 2.1.1 铝镍钴永磁材料及其性能
• 2.1.2 钕铁硼永磁材料及其特性
• 2.2 4 极可控磁通永磁同步电机结构
• 2.3 6 极可控磁通永磁同步电机结构
• 2.4 可控磁通永磁同步电机的工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 可控磁通永磁同步电机磁场分析
• 3.1 电机电磁场分析的基本理论
• 3.2 4 极可控磁通永磁同步电机磁场分析
• 3.2.1 永磁体几何尺寸对电机性能的影响分析
• 3.2.2 气隙磁场分析和交轴同步电感计算
• 3.3 6 极可控磁通永磁同步电机磁场分析
• 3.3.1 永磁体尺寸对电机性能的影响分析
• 3.3.2 气隙磁场分析
• 3.3.3 隔磁措施效果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 可控磁通永磁同步电机调速系统研究
• 4.1 永磁同步电机矢量控制原理
• 4.1.1 永磁同步电机的坐标变换
• 4.1.2 矢量控制原理简介
• 4.1.3 矢量控制运行时的基本电磁关系
• 4.2 可控磁通永磁同步电机的矢量控制策略
• 4.3 可控磁通永磁同步电机控制系统结构
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于DSP 的可控磁通永磁同步电机控制系统
• 5.1 TMS320LF240x 系列 DSP 简介
• 5.2 控制系统硬件电路
• 5.2.1 系统结构
• 5.2.2 主电路
• 5.2.3 控制系统外围电路
• 5.2.4 旋转变压器工作电路
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 Q 格式
• 5.3.2 控制系统程序结构
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢