新型永磁同步电机及控制器的设计与研究

发布时间：2017-09-29 05:20

  本文关键词：新型永磁同步电机及控制器的设计与研究

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【摘要】：随着能源使用需求的增长,化石燃料日趋枯竭,全球能源逐步趋向新型清洁化发展,新能源技术的发展得到了社会各界的关注。作为国家大力倡导支持的新能源汽车高新技术产业,近年来发展迅猛,我国有望成为全球最大的电动汽车市场。电动汽车主要研究技术内容有:电池管理、电机及控制、整车控制以及整车轻量化技术。电机作为电动汽车的核心部件,其性能的优异关系到电动汽车能否节能高效运行。本文对一台传统的磁通调制式永磁同步电机的结构进行改进,设计了一台低速大扭矩的新型永磁同步电机,同时对该电机在不同控制策略下的运行性能进行了仿真计算。最后利用TI公司推出的电机驱动专用芯片,设计一套伺服电机控制器。首先针对传统磁通调制式永磁电机漏磁严重的特点,改变电机转子磁路结构,利用Ansoft有限元软件,建立了二维有限元模型,进行了稳态的电磁场仿真计算。对比了改进前后永磁电机的空载特性,包括空载反电势,空载磁链,齿槽转矩,空载气隙磁密。并分析了其稳态性能,包括电机损耗,矩角特性,功率因数,效率等。其次研究了永磁同步电机多种控制策略,利用Simplorer搭建了表贴式永磁同步电机多种控制系统。包括简单的0dI(28)控制,模糊PI控制,弱磁控制,直接转矩控制,直接转矩与空间矢量脉宽调制结合的控制,基于MRAS无速度传感器控制。并利用该新型永磁同步电机数学模型,对其进行简单的控制性能仿真计算。根据系统所调试出的仿真参数,通过Ansoft与Simplorer联合仿真技术,在考虑电机在逆变电源供电下,并计及电机气隙磁密的非正弦性及硅钢片的饱和程度,直交轴电感的交叉耦合,铁芯损耗等诸多影响下,分析了电机运行性能及控制系统的动态调节能力。最后根据以上理论分析,基于电机专用的驱动芯片TMSF2812设计了一台伺服控制器,并绘制了电路的原理图,制作了相应的PCB板,同时利用CCS专用编程软件进行程序了设计,完成了电路板的焊接调试等工作。针对伺服控制器智能化的设计,利用Matlab及LabVIEW设计了两款人机通讯界面,实现对电机的实时控制及显示等功能。
【关键词】：新型永磁同步电机 磁通调制 电磁场 弱磁控制 交叉耦合
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的研究意义和目的10-11
• 1.2 磁通调制式永磁同步电机国内外研究现状11-13
• 1.3 永磁同步电机的驱动系统国内外研究现状13-15
• 1.4 本文研究的主要内容15-17
• 第2章 新型永磁电机结构设计及电磁性能分析17-26
• 2.1 新型低速直驱式永磁同步电机结构及工作原理介绍17-18
• 2.1.1 磁传动永磁同步电动机结构17
• 2.1.2 磁传动永磁同步电机的工作原理17-18
• 2.2 新型低速直驱式永磁同步电机稳态电磁分析18-25
• 2.2.1 磁传动永磁同步电机空载运行特性19-22
• 2.2.2 磁传动永磁同步电机稳态运行分析22-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 新型永磁同步电机控制策略的研究26-46
• 3.1 永磁同步电机的数学模型及坐标变换26-27
• 3.1.1 坐标变换26-27
• 3.1.2 永磁同步电机数学模型27
• 3.2 空间矢量脉宽调制27-31
• 3.3 永磁同步电机矢量控制31-43
• 3.3.1 永磁同步电机 0dI (28) 控制31-33
• 3.3.2 永磁同步电机模糊弱磁控制33-37
• 3.3.3 永磁同步电机直接转矩控制37-40
• 3.3.4 永磁同步电机无速度传感器控制40-43
• 3.4 新型永磁同步电机联合仿真控制43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 永磁同步电机控制器的设计46-64
• 4.1 控制系统硬件电路46-58
• 4.1.1TMSF2812介绍46-48
• 4.1.2 驱动电路的构成48-51
• 4.1.3 功率电路的构成51-58
• 4.2 控制系统软件设计58-61
• 4.2.1 系统的程序结构58-59
• 4.2.2 通讯界面的设计59-61
• 4.3 系统功能调试61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间的科研成果及发表的学术论文69-70
• 致谢70

【参考文献】

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本文编号：940195