混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机效率优化控制策略研究

摘要

定子励磁型混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(Hybrid Excited Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet，HEAFFSPM)电机是一种全新拓扑的混合励磁电机，具有短轴向长度、高转矩密度、强过载能力、低速大转矩特性和宽恒功率运行范围等特点，特别适合电动汽车等要求宽调速及大转矩的应用场合。本文基于HEAFFSPM电机为研究对象，探索电机损耗、效率和电流间的协调规律，实现系统的低速大转矩与高效宽调速运行，为该电机在分布式驱动电动汽车中的应用提供理论依据和技术支持。 首先，阐述课题的研究背景、现状及意义，分析HEAFFSPM电机的拓扑、运行原理及调磁机理，在此基础上建立该电机的数学模型，并搭建仿真模型进行分析验证。其次，研究混合励磁电机的id=0控制、弱磁控制和铜耗最小控制等策略，并进行正确性和有效性验证。为进一步提高驱动系统效率，提出一种计及铜耗和铁耗的效率优化控制策略。推导计及铜耗和铁耗的电机数学模型，并构建该电机效率优化控制系统。研究不同运行工况下，电枢电流和励磁电流的协调控制规律，实现电机的最小损耗运行，增强电机带负载能力，拓宽电机恒功率运行范围，提高系统运行效率。最后，设计以MicroLabBox为核心的混合励磁系统实验平台，验证id=0控制、铜耗最小控制和效率优化控制等策略的有效性，并对电机的增磁及弱磁特性进行测试。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 课题的研究现状

1.2.1 HEAFFSPM电机研究现状

1.2.2 HESM控制技术研究现状

1.3 课题主要研究内容

2 HEAFFSPM电机结构和数学模型

2.1 HEAFFSPM电机拓扑结构和调磁机理

2.1.1 拓扑结构

2.1.2 调磁机理

2.2 HEAFFSPM电机的数学模型

2.2.1三相静止坐标系下的数学模型

2.2.2两相旋转坐标系下的数学模型

2.3 HEAFFSPM电机仿真建模

2.4 本章小结

3 HEAFFSPM电机矢量控制

3.1 HEAFFSPM电机矢量控制系统

3.2 矢量控制策略研究

3.2.1id=0控制

3.2.2 弱磁控制

3.2.3铜耗最小控制

3.3 仿真分析

3.4 本章小结

4 HEAFFSPM电机效率优化控制

4.1考虑铜耗与铁耗的电机数学模型

4.2 HEAFFSPM电机效率优化控制

4.3 仿真分析

1）低速区

2）高速区

4.4 本章小结

5 驱动系统设计与实验

5.1 HEAFFSPM电机驱动系统结构和硬件设计

5.1.1功率电路

5.1.2 驱动电路

5.1.3 信号调理电路

5.1.4 保护电路

5.2 HEAFFSPM电机驱动系统软件设计

5.3 HEAFFSPM电机实验验证

5.3.1电机参数测量

5.3.2控制策略验证

5.3.3 HEAFFSPM电机特性测试

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

附录