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电动汽车用永磁同步电动机及其驱动系统研究

徐衍亮  
【摘要】:在国家863计划项目“钕铁硼电机应用产品开发”及辽宁省科学技术计划项目“高性能钕铁硼永磁电机的研制”的资助下,对电动汽车用永磁同步电动机及其驱动系统进行了系统、深入的研究,取得了一些具有重要理论意义和工程实用价值的成果。 概括起来,本文的内容可分为以下几个部分: 第一部分首次采用永磁同步电动机(PMSM)d、q坐标系下的相量分析方法,详细分析电机不同弱磁率、凸极率及不同定子电流控制策略对电机电压、电流相量变化轨迹的影响,及由此导致的电机功率特性及弱磁扩速能力的差异。推导出以弱磁率和凸极率为变量的PMSM弱磁扩速倍数表达式,由此得出提高PMSM弱磁扩速能力的根本方法,并比较不同磁路结构PMSM弱磁扩速能力的大小。 第二部分全面研究了电动汽车用PMSM的设计计算方法。首先给出电动汽车用PMSM性能参数指标的确定步骤;其次研究了电机转子外圆偏心对内置式PMSM空载气隙永磁磁密波形的影响,并采用模拟退火算法对该波形进行优化设计,总结出该种磁路结构PMSM获得良好空载气隙永磁磁密波形的电机设计准则,并由实测结果进行验证;最后深入研究电动汽车用PMSM的场路结合设计方法,并采用场路结合方法对电动汽车用PMSM的参数设计进行研究,分析了不同电机参数对电动汽车整体性能的影响,提出参数设计准则。在上述分析的基础上,设计制作了一台轻微型电动客车用7.5kW永磁同步电动机。 第三部分对电动汽车用PMSM的绕组换接进行了深入分析研究。提出用绕组换接的方法弥补PMSM弱磁扩速能力的不足,以在逆变器及蓄电池容量不变的前提下,改善电动汽车的起动加速及低速爬坡能力,同时提高系统低速大转矩运行时的整体效率。首先分析了绕组换接的原理及绕组换接前后电机参数的变化,提出了绕组换接方法;其次用计算机仿真方法研究了PMSM绕组换接的动态过程及有无绕组换接对电动汽车性能的影响,给出有绕组换接电机的设计步骤及应注意的问题;最后进行了试验验证。 第四部分首先研究了PMSM样机控制系统的各硬件组成部分,给出系统的硬件结构框图及软件设计流程图,并以80C196KC单片机为核心,以PL/M语言为编程语言,完成了控制系统;然后对电动汽车用PMSM整体系统进行了试验验证,试验证明系统具有很好的性能;最后,建立了PMSM驱动的电动汽车的计算机仿真数学模型,编制了计算机仿真软件,并对本样机系统驱动的电动汽车各运行工况进行了计算机仿真。


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