【摘 要】
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混合励磁电机在传统永磁同步电机的基础上增加了直流励磁绕组,励磁磁动势与永磁磁动势共同决定气隙磁场,实现了电机气隙磁场可调节的能力。为了实现混合励磁电机在低速区的无位置传感器控制,本文提出了一种不依赖转子凸极特性的高频信号注入方法,并对混合励磁电机初始位置检测性能进行了分析。论文的主要研究内容包括以下几个方面:首先,以12槽10极混合励磁磁通切换永磁(Hybrid Excited Switched
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51507045);
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混合励磁电机在传统永磁同步电机的基础上增加了直流励磁绕组,励磁磁动势与永磁磁动势共同决定气隙磁场,实现了电机气隙磁场可调节的能力。为了实现混合励磁电机在低速区的无位置传感器控制,本文提出了一种不依赖转子凸极特性的高频信号注入方法,并对混合励磁电机初始位置检测性能进行了分析。论文的主要研究内容包括以下几个方面:首先,以12槽10极混合励磁磁通切换永磁(Hybrid Excited Switched Flux Permanent Magnet,HESFPM)电机为控制对象,简要介绍了电机的拓扑结构和调磁原理。分析了混合励磁电机在静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型,并介绍了SVPWM控制和励磁电流调节原理。其次,针对传统高频信号注入无位置控制方法依赖转子凸极特性的缺点,提出了一种基于励磁绕组高频信号注入的无位置传感器控制方法。在HESFPM电机中,励磁绕组产生的磁链与电枢d磁链在同一方向,注入的高频励磁信号仅在实际坐标系下的d轴互感出高频电流,当位置估计存在误差时,估计q轴中存在高频电流。基于上述原理,向励磁绕组中注入高频电压,通过将估计坐标系下的q轴高频电流收敛到零,实现转子位置的估计跟踪。分析表明,该方法不依赖转子的凸极特性,位置估计性能同励磁绕组与电枢绕组间互感有关。然后,以HESFPM电机为控制对象进一步探究了初始位置检测方法。本文所提出的基于励磁绕组高频信号注入的初始位置检测方法利用励磁绕组与电枢绕组间的互感可直接将估计转子位置收敛到真实值,相比较传统基于d轴注入方法省去了磁极极性判断的步骤。同时,本文提出了一种基于数值解析的初始位置检测方法,该方法向励磁绕组中注入脉冲信号,可通过检测电枢电流直接计算出转子位置。最后,基于dSAPCE系统搭建了HESFPM电机驱动平台,验证了低速下的无位置传感器控制方法以及转子初始位置检测方法的有效性。实验结果表明,提出的基于励磁绕组高频信号注入的无位置控制方法不依赖转子的凸极特性且具有良好的动稳态性能,基于励磁绕组信号注入和基于数值解析的初始位置检测方法能够有效的检测转子初始位置。
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