單霍爾傳感器高速永磁同步電機的控制與轉(zhuǎn)子損耗研究.pdf

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

2、位置檢測與速度檢測、磁場定向與穩(wěn)速控制、起動、轉(zhuǎn)子渦流損耗。 針對高速永磁同步電機存在位置和轉(zhuǎn)速檢測困難的問題，提出了一種基于單個鎖定型霍爾元件的位置和速度檢測方法。首先針對靜止坐標系下的磁場定向控制，基于數(shù)?；旌想娐返奈恢妙A(yù)估原理進行了設(shè)計，超前角可與補償量一起輸入。并設(shè)計了一個簡單的集轉(zhuǎn)子位置預(yù)估與補償及測速于一體的硬件電路，省去了單獨的測速環(huán)節(jié)，且對動態(tài)性能進行了分析。實驗結(jié)果表明通過該方法獲取的轉(zhuǎn)子位置信號可以滿足永磁同

3、步電機的正弦波驅(qū)動系統(tǒng)的需要。其次針對全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)，對基于單個鎖定型霍爾元件的轉(zhuǎn)子位置和速度預(yù)估算法進行了分析，為了提高動態(tài)過程中的預(yù)估精度采用了一階速度預(yù)估。實驗證明該方法具有較高的靜態(tài)和動態(tài)精度。 對單霍爾傳感器高速永磁同步電機的磁場定向與穩(wěn)速控制進行了研究。首先設(shè)計了基于CRPWM設(shè)計高速永磁同步電機的磁場定向控制系統(tǒng)，對逆變器死區(qū)時間對系統(tǒng)的影響進行了分析并采取了有效的補償措施，設(shè)計了速度調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)了高速永磁同

4、步電機的穩(wěn)速控制。其次設(shè)計了高速永磁同步電機的全數(shù)字化磁場定向與穩(wěn)速控制系統(tǒng)，基于單個鎖定型霍爾元件的位置預(yù)估方法，在旋轉(zhuǎn)坐標系下實現(xiàn)了高速永磁同步電機的id=0矢量控制，對控制滯后進行了補償，并實現(xiàn)穩(wěn)速控制。實驗結(jié)果證明了所提出的轉(zhuǎn)子位置和速度檢測方法以及所設(shè)計的磁場定向與穩(wěn)速系統(tǒng)的可行性。最后還對位置誤差對交、直軸電流的影響進行了分析。 針對以單個霍爾傳感器高速永磁同步電機存在起動困難問題，采用預(yù)定位與起動加速度預(yù)估相結(jié)合的

5、起動方法，并對參數(shù)的變化對起動性能的影響進行了仿真研究，最后進行了實驗研究。仿真與實驗結(jié)果表明采用該起動方法適合單霍爾傳感器高速永磁同步電機系統(tǒng)。 本文采用解析法對諧波電流在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的渦流損耗進行了計算，并采用有限元法對轉(zhuǎn)子渦流損耗的物理特性和數(shù)值進行仿真研究。提出了一種驗證算法的實驗方案，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測試的影響。實驗與有限元計算結(jié)果證明提出的解析計算法是可行的。采用解析法對繞組電阻