三相永磁开关磁链电机弱磁技术的研究

论文摘要

随着现代功率电子技术、计算机辅助设计及微机控制技术的发展,双凸极结构的永磁电机的设计与控制得到了很好的改善,其结构简单、鲁棒性好、功率密度和转矩输出高等优点也得到更好的展示。针对此类型电机的本体优化和控制策略不断被提出,有望使双凸极结构的永磁电机的市场化推广和应用得到很好的支持和实现。其中永磁开关磁链电机是双凸极结构永磁电机中运行性能较好,并且具备较强弱磁扩速能力的竞争者。本文首先简要介绍了双凸极永磁电机的研究及发展概况,由此讲述了永磁开关磁链电机的由来及发展。结合国内外现行主要的调速系统及弱磁控制方式的应用现状(其中包括传统电励磁机、永磁电机和混合励磁电机的弱磁相关介绍),主要说明了永磁开关磁链电机在弱磁扩速领域的优势。接着,研究了永磁同步电机、双凸极永磁电机和永磁开关磁链电机这几类电机的基本弱磁原理及方法,其中对适用于永磁开关磁链电机弱磁运行的永磁同步电动机弱磁原理进行数学上详细的推导和说明,并在此基础上分析了影响永磁电机弱磁的关键参数和基于弱磁的本体优化设计的方向。在这基础上,进行了三相6/4、6/5、12/10极永磁开关磁链电机运行性能和弱磁能力的对比,从中论证了6/5极结构电机在正常运行和弱磁扩速运行的相对优势;并以6/5极结构为对象,通过定性的磁路分析和定量的电磁场有限元计算,研究了不同转子齿高、齿宽对电机运行性能及弱磁能力等的影响,最后在此基础上进行了样机相关参数的校对与弱磁扩速实验的研究。研究结果表明本文设计的6/5极永磁开关磁链电机具有远高于普通永磁电机的弱磁扩速能力(达11.6倍),适用于对扩速运行要求较高的场合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 双凸极永磁电机的发展及研究概况
• 1.3 永磁开关磁链电机的发展
• 1.4 国内外主要的调速系统及弱磁控制方式的研究
• 1.5 课题主要的研究内容和论文的结构
• 第2章 永磁开关磁链电机弱磁原理及影响弱磁的电机参数
• 2.1 永磁同步电动机dq坐标系下的数学模型
• 2.1.1 永磁同步电动机电压方程式
• 2.1.2 永磁同步电动机的磁链方程式
• 2.1.3 永磁同步电动机的电磁转矩、电磁功率和输入功率方程式
• 2.1.4 机械运动方程
• 2.2 永磁同步电动机的弱磁控制
• 2.2.1 电压极限椭圆和电流极限圆
• 2.2.2 永磁同步电动机的两种主要运行控制曲线
• 2.2.3 永磁同步电动机弱磁控制时定子电流空间矢量的轨迹及其控制
• 2.3 无刷直流电动机的等效弱磁控制
• 2.4 双凸极永磁电动机的弱磁控制
• 2.5 永磁开关磁链电动机的弱磁控制
• 第3章 永磁开关磁链电机的弱磁对比与优化设计
• 3.1 三相6/4、6/5、12/10极原型PMFSM运行性能的对比
• 3.1.1 三相永磁开关磁链电机结构的确定
• 3.1.2 三相6/4、6/5、12/10极PMFSM运行性能对比
• 3.2 三相6/4、6/5、12/10极原型PMFSM弱磁扩速能力的对比
• 3.3 影响PMFSM运行性能和弱磁能力的电机结构参数
• 3.3.1 不同转子齿高的影响
• 3.3.2 不同定转子齿宽搭配的影响
• 3.4 三相6/5、12/10极PMFSM基于弱磁扩速的优化及效果对比
• 3.4.1 电机磁路磁阻大小的定性分析对比
• 3.4.2 两种电机的性能以及弱磁扩速能力的对比
• 3.4.3 结论
• 第4章 三相6/5极PMFSM样机及其控制系统
• 4.1 样机的制作
• 4.2 样机电感的校对
• 4.3 控制系统
• 4.3.1 控制芯片MC33035
• 4.3.2 隔离保护
• 4.3.3 信号检测
• 第5章 三相6/5极PMFSM样机的运行性能
• 5.1 样机的运行性能
• 5.2 弱磁扩速实验
• 第6章 全文总结及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表（或录用）的学术论文
• 致谢