盤式雙轉子對轉永磁同步電機及其控制研究.pdf

1、本文研究用于海洋裝備如水下航行器、輪船等的對轉螺旋槳永磁電機驅動系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一種盤式雙轉子對轉永磁同步電機，該電機有兩個獨立的永磁轉子，通過內外嵌套軸輸出，分別驅動對轉螺旋槳的兩個槳葉。電機只有一個定子和一套三相繞組，只需要一個驅動器驅動。與現(xiàn)有對轉螺旋槳驅動系統(tǒng)相比，本文研究的盤式對轉電機驅動系統(tǒng)具有結構緊湊、體積小、重量輕以及成本低等優(yōu)點。雖然已有一些學者對類似的電機驅動裝置進行了研究，但是還有很多關鍵問題需要解決，比如兩個永磁

2、轉子在不同步時電機的反電動勢特性、轉矩特性。特別是，由于只有一套三相繞組和一個三相驅動器，如何保證在兩側轉子負載不平衡或擾動變化時，兩個轉子還能夠同步運行，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，是該新型驅動系統(tǒng)是否能夠得以實際應用的關鍵點和難點。目前，該問題還沒有得到解決，涉及該問題的研究還很少。
　　為了解決盤式對轉永磁同步電機及其控制存在的問題，促進該新型裝置及技術的發(fā)展和應用，本文擬對其電機本體設計相關技術、基本特性進行研究，進一步掌握該特種電機的

3、原理和特性，同時解決該電機控制的難題，文章主要的研究工作和取得的成果如下:
　　(1)對本文研究對象的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了系統(tǒng)的總結，分析了電機本體和控制方面存在的主要問題，為本文的研究提供了借鑒和依據(jù)。
　　(2)對電機的本體設計進行了理論分析，建立了電機的簡化溫升模型，獲得了電機設計允許溫升和繞組電負荷的關系式，結合選取的磁負荷以及已有相關研究成果，獲得了電機設計功率與電機外徑的關系，為該型永磁同步電機的設計提供了參

4、考依據(jù)。
　　(3)對電機的空載磁場進行了解析建模，利用傅里葉級數(shù)和分離變量法求解了電機氣隙和永磁內部磁場的麥克斯韋表征方程，獲得了相應的磁密解析表達式，利用解析表達式對電機的磁場進行了分析，獲得了電機反電動勢的解析計算方法，同時用有限元結果對解析表達式進行了有用性驗證。
　　(4)分析了該電機的基本特性，分析了兩個永磁轉子分別在同步和不同步時電機的反電動勢和轉矩特性，獲得了兩個轉子不同步時電機反電動勢的畸變特征，指出了該畸

5、變特征對于轉矩的影響。分析了轉子不同狀態(tài)是定子磁場的變化特征，根據(jù)磁場分布的規(guī)律，指出該型電機可以將定子模塊化，從而使得繞組繞制變得簡單。還分析了交叉環(huán)形繞組的軸線的不均勻性，對于轉矩的影響，指出采用疊繞組可以減小轉矩波動。進行了軸向電磁力的分析，獲得了空載和額定負載情況下軸向電磁拉力大小和分布特點，還分析了定子繞組受到的洛倫茲力，指出，與軸向磁拉力相比，繞組受到的洛倫茲力在設計基本可以忽略。
　　(5)分析電機在不平衡負載下的運

6、行特點，指出了現(xiàn)有控制方法無法保證兩個轉子的同步運行。提出了一種動態(tài)主從控制方法，保證了兩個永磁轉子在負載不平衡或擾動變化時能夠同步、穩(wěn)定地運行，同時提出了一種可靠的起動電機的方法。基于滑模觀測器對一個轉子進行了位置辨識，以期實現(xiàn)只用一個轉子位置傳感器實現(xiàn)兩個轉子位置的獲得。仿真分析初步驗證了以上方法和理論。
　　(6)提出了一種簡便可行的實驗驗證方法，研制了2.2kW的實驗樣機，驗證了本體設計和分析的正確性。同時實驗驗證了，論文