永磁同步-雙凸極并列式混合勵磁電機驅(qū)動控制技術(shù)研究.pdf

1、永磁同步/雙凸極(PMSM/DSEM)并列式混合勵磁電機(PHEM)將永磁同步電機與定子勵磁變磁阻電機有機結(jié)合，兼具高效率、高功率密度、氣隙磁場可調(diào)及無刷勵磁的優(yōu)勢，在飛機起動/發(fā)電和電動汽車等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。本文即對PMSM/DSEM并列式混合勵磁電機驅(qū)動控制技術(shù)進行研究。
　　本文首先闡述了PMSM/DSEM并列式混合勵磁電機的結(jié)構(gòu)原理及數(shù)學(xué)模型，詳細分析了其磁場、反電勢、電感等電磁特性，重點仿真分析了PMSM部分和D

2、SEM部分的電樞反應(yīng)及其工作模態(tài)。提出了5種新型的并列式混合勵磁電機拓撲，并對永磁同步/變磁通磁阻(PMSM/VFRM)并列式混合勵磁拓撲進行了簡要分析。
　　研究了適用于PMSM/DSEM并列式混合勵磁電機的控制策略。保證電樞銅耗相同，從電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動率等方面對比了其采用BLAC與BLDC兩種運行方式的優(yōu)劣，并分析了PHEM電機的轉(zhuǎn)矩-電流特性和轉(zhuǎn)矩-控制角特性。BLAC運行在轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動率方面稍優(yōu)于BLDC運行方式，而勵

3、磁電流對轉(zhuǎn)矩-控制角特性影響不大。探討了PMSM/DSEM并列式混合勵磁電機采用BLAC運行時的兩種控制方法，即矢量控制和預(yù)期電壓矢量直接轉(zhuǎn)矩控制策略，將電機運行分為4個運行區(qū)間：簡化MTPA控制—恒轉(zhuǎn)矩運行、正向勵磁電流弱磁控制—恒功率運行、負向勵磁電流弱磁控制—電動/發(fā)電運行、電樞電流深度弱磁控制—電動/發(fā)電運行。搭建了基于Maxwell-Simplorer-Simulink的場路耦合驅(qū)動控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型，分別對矢量控制、預(yù)期電

4、壓矢量直接轉(zhuǎn)矩控制、PWM電流斬波控制進行了仿真分析，驗證了三種控制方法的有效性。
　　對PMSM/DSEM并列式混合勵磁電機驅(qū)動系統(tǒng)進行了設(shè)計與實現(xiàn)，包括前級270kW DP型18脈沖自耦變壓整流器(ATRU)以及后級250kW電機控制器。分別設(shè)計了驅(qū)動系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，并對整個驅(qū)動系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試。在此基礎(chǔ)上，搭建了并列式混合勵磁電機試驗平臺，分別對前級ATRU和電機矢量控制策略進行了實驗驗證。輕載時，ATRU網(wǎng)側(cè)電流