非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和諧振補(bǔ)償策略的研究.pdf

1、目前混合動(dòng)力汽車憑借其動(dòng)力總成配備優(yōu)良、能量利用率高和低污染的特點(diǎn)，成為新能源汽車中的佼佼者。其驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)的滑環(huán)和電刷結(jié)構(gòu)會(huì)在車輛正常運(yùn)行時(shí)帶來(lái)潛在的交通隱患。當(dāng)行車中需要輸入勵(lì)磁功率或勵(lì)磁電流變大時(shí)，電刷和滑環(huán)相接觸的部分會(huì)帶來(lái)電阻值的急劇上升，使其溫升迅速提高，帶來(lái)結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定。有時(shí)會(huì)伴隨著電機(jī)內(nèi)部環(huán)火現(xiàn)象的發(fā)生;滑環(huán)和電刷在行車中會(huì)給車載電子控制單元帶來(lái)很大的電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使控制部分失靈;由于電刷本身材質(zhì)的劣勢(shì)，其會(huì)在電機(jī)運(yùn)

2、行時(shí)帶來(lái)細(xì)微碳粉的擴(kuò)散現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生短路，造成更為嚴(yán)重的后果。
　　為解決上述幾大問(wèn)題，本文在結(jié)合感應(yīng)耦合電能傳輸(Inductively CoupledPower Transfer，ICPT)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用其在無(wú)電氣接觸時(shí)可以進(jìn)行能量傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于電機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁，最大限度的避免電刷和滑環(huán)對(duì)電機(jī)運(yùn)行帶來(lái)的不良影響。本文以感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)為依托，松耦合旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁變壓器(Loosely Coupled Rotating

3、 Excitation Transformer，LCRET)為核心，設(shè)計(jì)一種新型無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)，即非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)(Contactless ExcitationHeterogeneous System，CEHS)，該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的電機(jī)本身取消電刷和滑環(huán)等裝置，在真正意義上實(shí)現(xiàn)無(wú)刷勵(lì)磁，同時(shí)其還具有減輕電機(jī)重量、提高可靠性、降低成本、帶來(lái)更為簡(jiǎn)單的電機(jī)結(jié)構(gòu)以及更寬的調(diào)速范圍的優(yōu)勢(shì)。
　　本文著重對(duì)電機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁、感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)兩

4、部分的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域和最新發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)介紹。給出非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁的整體結(jié)構(gòu)，依據(jù)其運(yùn)行機(jī)理設(shè)計(jì)出機(jī)電一體化安裝方案;建立松耦合旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁變壓器毗連型和嵌入式兩種繞制拓?fù)湮锢砟Ｐ?、磁阻模型和等效電路模型。針?duì)松耦合旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出全耦合理想狀態(tài)和帶有勵(lì)磁電感的模型;闡述磁化電感和漏電感計(jì)算過(guò)程，對(duì)含有漏感的磁路進(jìn)行詳細(xì)的分析，給出松耦合旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁變壓器的漏感模型和互感模型;給出毗連型繞制方式的優(yōu)化設(shè)計(jì);給

5、出更為合理明確的耦合系數(shù)的定義和有損模型;采用利茲線作為繞線給出毗連型和嵌入式實(shí)際繞制方案。通過(guò)ANSOFT MAXWELL仿真平臺(tái)對(duì)非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)和無(wú)線電能傳輸之間的等效性進(jìn)行驗(yàn)證;在此基礎(chǔ)上給出非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)繞制拓?fù)洹ａ槍?duì)漏感帶來(lái)的效率問(wèn)題，通過(guò)MATLAB仿真平臺(tái)，采用基波分析法(First Harmonic Approximation，F(xiàn)HA)，對(duì)非接觸式勵(lì)磁的異態(tài)系統(tǒng)的不同諧振補(bǔ)償策略進(jìn)行詳細(xì)的性能分析。對(duì)比

6、各種諧振補(bǔ)償?shù)脑鲆婧托阅?，給出最為適合的非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)的諧振補(bǔ)償策略。針對(duì)非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)松耦合復(fù)雜的諧振控制問(wèn)題，采用廣義狀態(tài)空間平均法(Generalized State Space Averaging，GSSA)進(jìn)行建模，簡(jiǎn)化由于松耦合旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁變壓器帶來(lái)的電路模型復(fù)雜程度，并對(duì)其合理性進(jìn)行驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上采用自抗擾技術(shù)(Active Disturbance Rejection Control，ADRC)控制算法對(duì)非接觸式

7、勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)諧振補(bǔ)償進(jìn)行控制，仿真結(jié)果驗(yàn)證ADRC在諧振控制上的可行性。針對(duì)非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)機(jī)電一體化，全面設(shè)計(jì)非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)的半橋逆變部分、全波整流部分、諧振補(bǔ)償部分。搭建非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)的試驗(yàn)樣機(jī)，主要對(duì)兩部分的試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證:對(duì)不同拓?fù)湎滤神詈闲D(zhuǎn)勵(lì)磁變壓器的輸出特性，在實(shí)驗(yàn)的角度證明所設(shè)計(jì)最優(yōu)繞制拓?fù)涞臏?zhǔn)確性。最后給出發(fā)電特性、效率曲線、溫升曲線等實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相應(yīng)的結(jié)果分析，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的非接觸式勵(lì)磁異態(tài)系統(tǒng)的可行性