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《沈阳工业大学》 2006年 博士论文
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调速高效永磁同步电动机及其驱动系统的研究

周广旭  
【摘要】: 在国家“十五”科技攻关计划“稀土永磁材料在高性能电机应用的共性关键技术”及辽宁省科学技术计划“高性能钕铁硼永磁电机的研制”的资助下,本文对中型调速高效永磁同步电动机及其驱动系统进行了系统、深入的研究。本文的内容可分为以下几个部分: 首先,通过分析通用变频器驱动永磁同步电动机开环运行时出现的各种问题及其原因,采取相应的改进措施:在通用变频器方面合理增加电抗器来提高系统的功率因数;通过仿真设定适合泵类负载的U/f曲线以保证整个运行范围内变频器和电动机的匹配。实际应用结果表明所采取的措施有一定实用价值。 其次,针对泵类负载的运行特点,为满足调速高效PMSM系统效率优化的要求,提出新的效率优化控制策略,其核心是动态过程中损耗模型算法和稳态过程中模糊逻辑变步长梯度搜索算法的结合;开发了基于TMS320LF2407A DSP的调速高效PMSM效率优化控制系统,给出了逆变器硬件和软件设计方案;对调速高效PMSM控制系统进行了整体性能试验,试验结果表明系统运行可靠,整体效率有明显提高。 再次,在实现专用驱动系统时,对驱动系统的速度控制器和定子电流滞环控制器进行了优化,提出一种基于SVPWM和电流滞环控制的脉宽调制算法;开发了基于DSP和CPLD的调速高效PMSM数字化控制逆变器,给出了硬件和软件设计方案;对PMSM样机及逆变器与通用变频器进行了性能对比实验,前者系统性能有较大改善。 第四,给出了泵类负载下调速高效PMSM性能参数设计指标和电磁设计特点;应用三维电磁场分析了不同转子结构和电机尺寸对电动机性能参数的影响,确定了调速高效PMSM转子磁路结构;给出提高系统功率因数和效率在电动机设计方面所采取的措施。研究了调速高效PMSM的场路结合设计方法,对样机进行优化设计。 第五,鉴于所设计调速高效永磁同步电动机在通风系统方面的改造,本文对改造后永磁同步电动机的通风结构进行研究。首先应用流体场分析几种方案的优缺点;然后应用有限元数值计算方法对转子上轴向通风孔的位置进行了设计;最后应用三维温度场对电机的温度场进行校核。 最后,在上述研究工作基础上,研究开发了三台调速高效PMSM样机,并对样机进行了全面的性能试验测试和节能效益分析。结果表明样机性能达到设计要求。


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