單霍爾傳感器高速永磁同步電機(jī)的控制與轉(zhuǎn)子損耗研究.pdf

1、高速電機(jī)具有體積小、重量輕、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，在高速主軸、高速壓縮機(jī)、高速離心機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用最多的是高速感應(yīng)電機(jī)和高速永磁同步電機(jī)。但效率低和轉(zhuǎn)子損耗是感應(yīng)電機(jī)的固有缺陷。永磁同步電機(jī)具有效率高、噪音低、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、轉(zhuǎn)子損耗小、控制特性良好等優(yōu)點(diǎn)，最適合高速運(yùn)行，但傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)需要轉(zhuǎn)子位置傳感器。本文以單霍爾傳感器高速永磁同步電機(jī)的穩(wěn)速控制為目標(biāo)，對(duì)高速永磁同步電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究，包括：基于單霍爾傳感器的

2、位置檢測(cè)與速度檢測(cè)、磁場(chǎng)定向與穩(wěn)速控制、起動(dòng)、轉(zhuǎn)子渦流損耗。 針對(duì)高速永磁同步電機(jī)存在位置和轉(zhuǎn)速檢測(cè)困難的問(wèn)題，提出了一種基于單個(gè)鎖定型霍爾元件的位置和速度檢測(cè)方法。首先針對(duì)靜止坐標(biāo)系下的磁場(chǎng)定向控制，基于數(shù)?；旌想娐返奈恢妙A(yù)估原理進(jìn)行了設(shè)計(jì)，超前角可與補(bǔ)償量一起輸入。并設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的集轉(zhuǎn)子位置預(yù)估與補(bǔ)償及測(cè)速于一體的硬件電路，省去了單獨(dú)的測(cè)速環(huán)節(jié)，且對(duì)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)該方法獲取的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)可以滿足永磁同

3、步電機(jī)的正弦波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要。其次針對(duì)全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)，對(duì)基于單個(gè)鎖定型霍爾元件的轉(zhuǎn)子位置和速度預(yù)估算法進(jìn)行了分析，為了提高動(dòng)態(tài)過(guò)程中的預(yù)估精度采用了一階速度預(yù)估。實(shí)驗(yàn)證明該方法具有較高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度。 對(duì)單霍爾傳感器高速永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向與穩(wěn)速控制進(jìn)行了研究。首先設(shè)計(jì)了基于CRPWM設(shè)計(jì)高速永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)，對(duì)逆變器死區(qū)時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了分析并采取了有效的補(bǔ)償措施，設(shè)計(jì)了速度調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)了高速永磁同

4、步電機(jī)的穩(wěn)速控制。其次設(shè)計(jì)了高速永磁同步電機(jī)的全數(shù)字化磁場(chǎng)定向與穩(wěn)速控制系統(tǒng)，基于單個(gè)鎖定型霍爾元件的位置預(yù)估方法，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)了高速永磁同步電機(jī)的id=0矢量控制，對(duì)控制滯后進(jìn)行了補(bǔ)償，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提出的轉(zhuǎn)子位置和速度檢測(cè)方法以及所設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)定向與穩(wěn)速系統(tǒng)的可行性。最后還對(duì)位置誤差對(duì)交、直軸電流的影響進(jìn)行了分析。 針對(duì)以單個(gè)霍爾傳感器高速永磁同步電機(jī)存在起動(dòng)困難問(wèn)題，采用預(yù)定位與起動(dòng)加速度預(yù)估相結(jié)合的

5、起動(dòng)方法，并對(duì)參數(shù)的變化對(duì)起動(dòng)性能的影響進(jìn)行了仿真研究，最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用該起動(dòng)方法適合單霍爾傳感器高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。 本文采用解析法對(duì)諧波電流在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的渦流損耗進(jìn)行了計(jì)算，并采用有限元法對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的物理特性和數(shù)值進(jìn)行仿真研究。提出了一種驗(yàn)證算法的實(shí)驗(yàn)方案，該方案不但考慮定子繞組的高頻電阻，還考慮了定子高頻鐵損對(duì)測(cè)試的影響。實(shí)驗(yàn)與有限元計(jì)算結(jié)果證明提出的解析計(jì)算法是可行的。采用解析法對(duì)繞組電阻