多相永磁電機(jī)的理論分析及其控制研究.pdf

1、多相永磁電機(jī)兼具多相電機(jī)和永磁電機(jī)的雙重優(yōu)點(diǎn)，在大功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景良好。多相永磁電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)是典型的學(xué)科交叉與融合的產(chǎn)物，已逐漸成為電機(jī)學(xué)科一個(gè)新的發(fā)展方向，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。深入研究多相永磁電機(jī)的基礎(chǔ)理論和控制策略，對(duì)促進(jìn)電機(jī)學(xué)科的發(fā)展具有重要意義。
　　 本文主要以多相永磁電機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)多相繞組的磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了諧波分析和比較，分析了不同反電勢(shì)和相電流波形對(duì)多相永磁電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的影響，

2、研究了齒槽轉(zhuǎn)矩及其削弱方法，探討了多相永磁電機(jī)的精確數(shù)學(xué)建模和仿真建模方法，并對(duì)多相永磁電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案和新型控制策略進(jìn)行了探索。
　　 利用繞組函數(shù)法，推導(dǎo)出了對(duì)稱和不對(duì)稱多相繞組磁動(dòng)勢(shì)的解析表達(dá)式，詳細(xì)計(jì)算分析了不同相數(shù)的多相電機(jī)定子繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波波譜。提出了繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波的品質(zhì)因數(shù)和可利用率概念，并將其作為對(duì)多相電機(jī)繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波進(jìn)行分析比較的準(zhǔn)則。從繞組磁動(dòng)勢(shì)諧波的角度看，九相永磁電機(jī)樣機(jī)采用對(duì)稱九相繞組，在諧波電流注入

3、模式下，具有最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩性能，與利用解析法對(duì)比分析各種反電勢(shì)和相電流波形組合產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的結(jié)論一致。
　　 針對(duì)內(nèi)置式多相永磁電機(jī)，提出了一種改進(jìn)的不等寬磁極組合法，通過(guò)將轉(zhuǎn)子沿軸向分成具有不等寬磁極的若干段，能夠在保持轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)稱的情況下，大幅削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，該方法便于加工，且受磁極寬度誤差的影響較低。
　　 將基于有限元分析的相變量數(shù)學(xué)建模方法應(yīng)用于多相永磁電機(jī)，對(duì)比分析了基于S 函數(shù)和基于電路模塊的兩種仿真建模方法的

4、優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的基于電路模塊的仿真建模方法，利用樣條函數(shù)和樣條插值對(duì)采用有限元分析獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立仿真所需參數(shù)的查找表，在保證仿真精度的同時(shí)提高了仿真效率。
　　 結(jié)合九相永磁電機(jī)樣機(jī)的特點(diǎn)，采用對(duì)稱分布的三個(gè)星接三相繞組單元結(jié)構(gòu)，不考慮各繞組單元之間的互感耦合，將九相永磁電機(jī)的控制簡(jiǎn)化為對(duì)三臺(tái)獨(dú)立的非正弦波三相永磁電機(jī)分別進(jìn)行控制。針對(duì)三相永磁電機(jī)，提出了一種新的最優(yōu)參考電流控制方法，并通過(guò)有限元仿真驗(yàn)證了其

5、準(zhǔn)確性。該方法以瞬時(shí)功率理論為基礎(chǔ)，可以在電感和空載磁鏈等隨轉(zhuǎn)子位置變化的參數(shù)已知的情況下，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩給定值，直接計(jì)算出最優(yōu)參考電流隨轉(zhuǎn)子位置變化的波形。理論上，采用最優(yōu)參考電流驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)，能夠獲得最大轉(zhuǎn)矩電流比，并且無(wú)任何轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。該方法主要是在參考電流發(fā)生器環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)三相永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩優(yōu)化控制，適用于包括凸極式或隱極式、正弦波或非正弦等在內(nèi)的任意類型三相永磁電機(jī)。
　　 傳統(tǒng)基于Park 變換的矢量控制策略，一般將同步旋轉(zhuǎn)

6、坐標(biāo)系的d軸定向于轉(zhuǎn)子直軸，采用d軸電流等于零的控制方式雖然可實(shí)現(xiàn)近似解耦控制，但只能對(duì)正弦基波電流實(shí)現(xiàn)無(wú)差跟蹤，且未有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩。針對(duì)非正弦波三相永磁電機(jī)，提出了一種基于廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的新型矢量控制策略。將廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱D-Q坐標(biāo)系）的Q軸定向在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換反電勢(shì)矢量上，通過(guò)控制D軸電流恒為零，即可獲得最大轉(zhuǎn)矩電流比，從而可以實(shí)現(xiàn)具有任意波形反電勢(shì)的三相永磁電機(jī)的矢量控制。該方法可以涵蓋傳統(tǒng)正弦波永磁電機(jī)的矢量控制