基于纯电动工程机械电机泵的多相电机控制系统研究

作     者：叶勤江 

作者单位：华侨大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任好玲

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电机泵 六相感应电机 PWM驱动 直接转矩控制 

摘      要：随着能源的不断消耗和生态环境的日益恶化,绿色发展成为当今世界的主题。纯电动工程机械由于具有零排放、低噪声和效率高等特点,成为工程机械行业的热门发展方向。纯电动工程机械液压系统的动力部分为电机泵,其对时变负载下驱动电机的转矩响应速度和脉动要求很高。当前电机泵的驱动电机通常为三相电机,其驱动过程往往存在转矩响应较慢和转矩脉动大等不足。而多相电机具有调制资源丰富、动态响应快、转矩脉动小和可靠性高等优点。目前,国内关于多相电机在液压系统中的应用研究较少,因此开展基于电机泵的多相电机控制系统研究具有一定的意义。本文根据液压泵的流量连续性方程及转矩方程,建立了液压泵的数学模型,并分析液压系统对电机调速系统的控制要求。通过分析常见的四种电机特点,确定了将交流异步电机作为电机泵的驱动电机类型。通过Ansoft建模仿真,确定了多相电机的相数为半十二相,因此本文研究的多相电机也称为六相感应电机。使用空间解耦理论对六相感应电机的数学模型进行解耦,建立了电机在两相静止坐标系下的数学模型。通过对常见电机控制策略的分析,确定了将直接转矩控制技术作为六相感应电机的控制策略。为了提高电机泵的动态响应,同时降低电机转矩脉动,引入了基于空间解耦变换理论的脉冲宽度调制（SVPWM）算法,通过合成中间电压矢量来降低定子谐波电流,从而降低转矩脉动。完成了电机泵系统的相关仿真,仿真表明基于电机泵的六相电机直接转矩控制系统的鲁棒性好,动态响应快,转矩脉动小。为了满足多相电机的控制需要,本文提出了六相感应电机控制系统硬件设计总体方案,以德州仪器公司的TMS320F28335为控制核心,完成了相关硬件电路的设计及测试。根据控制系统原理,完成了相关软件程序的编写。同时搭建了试验平台,完成了六相感应电机的空载试验,并在时变负载条件下对六相电机与三相电机分别进行试验,试验结果表明六相电机相较于三相电机更适用于电机泵,其动态性能更好,转矩脉动也更小。