埋入式永磁同步電機(jī)非線性模型及控制策略研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)具有高效率、高能量密度、高轉(zhuǎn)矩電流比、寬廣的調(diào)速范圍、維護(hù)簡單等特點(diǎn),近年來在直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電、升降機(jī)驅(qū)動等大功率系統(tǒng)以及數(shù)控機(jī)床、電動舵機(jī)等高性能應(yīng)用場合得到廣泛關(guān)注和使用。
　　 本文系統(tǒng)地論述了永磁同步電機(jī),尤其是埋入式永磁同步電機(jī)的研究意義、相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。對埋入式永磁同步電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對磁場分布及電機(jī)飽和的影響、d、q軸電感參數(shù)以及轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的勵磁磁鏈的計(jì)算、飽和對電感參數(shù)和轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生

2、的勵磁磁鏈的影響、永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及仿真模型、電機(jī)控制策略和電壓解耦的矢量控制進(jìn)行了深入的研究。
　　 詳細(xì)的分析了電機(jī)性能與電機(jī)參數(shù)的關(guān)系,指出電機(jī)及其性能的準(zhǔn)確分析必須以準(zhǔn)確的參數(shù)為基礎(chǔ),在電機(jī)設(shè)計(jì)中要特別關(guān)注轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的勵磁磁鏈以及d、q軸電感參數(shù)。
　　 針對埋入式永磁同步電機(jī)的特點(diǎn),借助Ansoft軟件進(jìn)行了靜態(tài)有限元分析。深入分析了永磁材料性能、永磁體厚度、氣隙長度以及磁橋?qū)挾葘β袢胧接来磐诫姍C(jī)磁

3、場分布、電機(jī)的飽和以及空載勵磁磁鏈的影響及相關(guān)規(guī)律。
　　 提出采用保存磁導(dǎo)率的方法計(jì)算埋入式永磁同步電機(jī)的參數(shù),得到了電機(jī)中考慮飽和影響的轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的勵磁磁鏈、考慮飽和及d、q軸共磁路影響的d、q軸電感參數(shù)。深入的分析了磁橋?qū)挾取⒂来朋w厚度以及氣隙長度對電機(jī)參數(shù)的影響及相關(guān)規(guī)律。與采用傳統(tǒng)電感計(jì)算方法所獲得的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了對比,深入的分析了兩種方法計(jì)算所得結(jié)果產(chǎn)生差異的原因。研究發(fā)現(xiàn)由于埋入式永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,工作

4、運(yùn)行點(diǎn)各不相同,電機(jī)的磁場分布以及飽和情況都會隨之發(fā)生改變從而引起參數(shù)的變化。要獲得準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù),必須根據(jù)電機(jī)的實(shí)際情況,以準(zhǔn)確的磁場分析為基礎(chǔ)。
　　 在分析靜止坐標(biāo)軸和d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的的基礎(chǔ)上,對磁路飽和以及轉(zhuǎn)子永磁體磁場空間諧波對永磁電機(jī)的影響等問題進(jìn)行分析研究,推導(dǎo)出了考慮飽和及轉(zhuǎn)子磁場空間諧波的永磁同步電機(jī)非線性d-q軸數(shù)學(xué)模型,建立了一種基于M函數(shù)的埋入式永磁同步電機(jī)的非線性仿真模型。數(shù)值仿真、動態(tài)有限元計(jì)算以及

5、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對比驗(yàn)證了所建立的模型正確且精度較高。
　　 以考慮飽和及轉(zhuǎn)子磁場空間諧波的永磁同步電機(jī)非線性d-q軸模型為基礎(chǔ),建立了基于非線性仿真模型的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)并進(jìn)行仿真研究。在傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)反饋解耦矢量控制策略中引入磁鏈觀測器,提出了基于磁鏈觀測的改進(jìn)矢量控制策略?；谟来磐诫姍C(jī)非線性模型的仿真結(jié)果表明,該控制策略實(shí)現(xiàn)了更有效的解耦,提高了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的性能。
　　 本論文所研究的埋入式