多相永磁電機的理論分析及其控制研究.pdf

1、多相永磁電機兼具多相電機和永磁電機的雙重優(yōu)點，在大功率電氣傳動領(lǐng)域的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢，應(yīng)用前景良好。多相永磁電機及其調(diào)速系統(tǒng)是典型的學(xué)科交叉與融合的產(chǎn)物，已逐漸成為電機學(xué)科一個新的發(fā)展方向，受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。深入研究多相永磁電機的基礎(chǔ)理論和控制策略，對促進(jìn)電機學(xué)科的發(fā)展具有重要意義。
　　 本文主要以多相永磁電機為研究對象，對多相繞組的磁動勢進(jìn)行了諧波分析和比較，分析了不同反電勢和相電流波形對多相永磁電機電磁轉(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的精確數(shù)學(xué)建模和仿真建模方法，并對多相永磁電機調(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)出了對稱和不對稱多相繞組磁動勢的解析表達(dá)式，詳細(xì)計算分析了不同相數(shù)的多相電機定子繞組磁動勢諧波波譜。提出了繞組磁動勢諧波的品質(zhì)因數(shù)和可利用率概念，并將其作為對多相電機繞組磁動勢諧波進(jìn)行分析比較的準(zhǔn)則。從繞組磁動勢諧波的角度看，九相永磁電機樣機采用對稱九相繞組，在諧波電流注入

3、模式下，具有最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩性能，與利用解析法對比分析各種反電勢和相電流波形組合產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的結(jié)論一致。
　　 針對內(nèi)置式多相永磁電機，提出了一種改進(jìn)的不等寬磁極組合法，通過將轉(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，對比分析了基于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，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提高了仿真效率。
　　 結(jié)合九相永磁電機樣機的特點，采用對稱分布的三個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，將九相永磁電機的控制簡化為對三臺獨立的非正弦波三相永磁電機分別進(jìn)行控制。針對三相永磁電機，提出了一種新的最優(yōu)參考電流控制方法，并通過有限元仿真驗證了其

5、準(zhǔn)確性。該方法以瞬時功率理論為基礎(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)動永磁電機，能夠獲得最大轉(zhuǎn)矩電流比，并且無任何轉(zhuǎn)矩波動。該方法主要是在參考電流發(fā)生器環(huán)節(jié)實現(xiàn)三相永磁電機的轉(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。
　　 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現(xiàn)近似解耦控制，但只能對正弦基波電流實現(xiàn)無差跟蹤，且未有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩。針對非正弦波三相永磁電機，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（簡稱D-Q坐標(biāo)系）的Q軸定向在機電能量轉(zhuǎn)換反電勢矢量上，通過控制D軸電流恒為零，即可獲得最大轉(zhuǎn)矩電流比，從而可以實現(xiàn)具有任意波形反電勢的三相永磁電機的矢量控制。該方法可以涵蓋傳統(tǒng)正弦波永磁電機的矢量控制