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《上海大学》 2004年
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各相解耦永磁同步电动机设计及控制技术的研究

崔巍  
【摘要】:本文从电机以及控制技术整体结合的角度出发,提出了一种具有各相解耦特点的自控式永磁同步电机(DPMSM)。该新型电机在磁路结构上实现了电机各相磁路间的解耦,在很大程度上降低了PMSM的强耦合性,增强了电机的可控性。本论文以DPMSM电机为主要对象,着重进行正弦波DPMSM的设计和驱动控制两方面的研究。 从电机设计的角度出发,本文采用特殊的齿槽数目配合以及绕组设计规律实现了电机各相磁路的解耦。针对高性能驱动系统对动态响应性能的要求,本文提出了一种具有辅助磁极的新型聚磁式转子结构,利用永磁隔磁技术有效抑制转子漏磁并能显著提升气隙磁通密度,有利于实现良好的动态响应。文中对采用不同永磁材料作为辅助磁极的转子结构及其对漏磁抑制以及气隙磁通密度等性能的影响进行了深入分析。针对电机反电势偏离理想波形造成转矩脉动的问题,本文从电机本体设计出发在绕组设计,转子偏心气隙设计及转子磁路结构优化等三个方面对反电势正弦化设计方法进行了深入研究。最后通过样机的仿真以及实验验证了上述设计规律的正确性。 由于DPMSM各相绕组之间的互感远远小于自感,DPMSM特殊工作原理使其在控制技术上存在特殊性。基于DPMSM各相独立的特点,本文提出了基于标量概念的各相独立的恒转矩和恒功率控制策略。在恒转矩运行区域,无需借助矢量变换,通过控制各相电流即可实现各相独立的转矩直接控制。在恒功率运行时,本文采用相电流相位超前反电势的方法,利用绕组电抗电势削弱反电势来解决电流控制失效的问题,有效扩展了高速运行范围。针对电流控制中直流母线电压利用率较低的问题,本文中采用相电压相位超前控制技术,有效提高恒功率运行时逆变器最大输出电压从而达到进一步扩展高速运行范围的目的。系统实际运行时,通过基波分析法获取电压控制的初始相位超前角,利用效率最佳算法在线修正相位超前角使得在特定运行条件下的系统输入功率最小,确保恒功率运行时具有较高效率。 高性能正弦电流跟踪控制技术是确保DPMSM驱动系统静、动态控制性能的关键。本文中设计并实现了一种基于高速MOSFET器件的高性能电流控制器,同时给出了运行模式以及相应的硬件设计方法。在大量实验结果的基础上,本文对影响电流控制器电流跟踪性能的各种因素进行了具体分析。针对整个驱动系统运行范围内电流控制器采用固定采样频率难以满足高性能电流跟踪和降低开关频率的双重要求的问题,首次提出了一种基于模糊决策的采样频率闭环控制策略。根据驱
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