定子不对称极混合励磁双凸极电机弱磁控制

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定子不对称极混合励磁双凸极电机(Hybridly Excited Asymmetric Stator Pole Doubly Salient Machine, HEASPDSM)是一种新型混合励磁电机拓扑,其永磁体和直流励磁绕组均位于定子上,转子上既无永磁体也无绕组,结构简单,适合于高速运行,在电动汽车、舰船电力推进等系统中具有广阔的应用前景。本文针对一台12/7极HEASPDSM样机进行研究,建立矢量控制系统,研究弱磁控制策略,实现了低速增磁、高速弱磁升速的控制目标,为HEASPDSM的应用提供了参考。全文主要内容如下:
  1.分析了HEASPDSM的调磁原理,结合样机的有限元计算结果,获得了该电机的磁链和电感特性。然后基于电磁参数建立了HEASPDSM在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,并分析了直流励磁绕组的调磁特性,为弱磁控制策略的研究提供了理论依据。
  2.根据dq坐标系下的数学模型及HEASPDSM自身的特点,建立了HEASPDSM矢量控制系统,同时基于MATLAB/Simulink搭建了控制系统仿真模型。为增强低速输出转矩的同时扩展转速运行范围,本文在分析了HEASPDSM的转速-转矩特性曲线和弱磁约束条件的基础上,提出了一种改进的转速分区控制策略:低速区采用最小铜耗控制,高速区采用1/ω法弱磁,有效扩展了HEASPDSM恒功率运行范围。
  3.针对分区控制对电机参数依耐度较高的问题,提出了一种结合MTPA的HEASPDSM电压调节弱磁控制策略,并采用转速分区方式分配励磁电流,实现简单、实用性较高。将电压调节弱磁控制策略与转速分区控制进行了仿真对,结果表明这种弱磁控制策略可以进一步高电机的转矩输出能力,从而提升弱磁区域的动态响应性能。
  4.设计了HEASPDSM驱动控制系统,搭建了对拖实验平台,然后对HEASPDSM的调磁特性进行了实验验证,并与有限元计算结果进行了对比。最后完成了低速稳态实验和高速弱磁实验,验证了前述控制策略的有效性和可行性。
  
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