磁场增强型内置式永磁电机电流分段控制策略研究

作     者：刘永锋 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱孝勇

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电流分段控制 磁场增强型电机 反凸极 宽调速 

摘      要：随着能源危机和环境污染的不断加剧,绿色、节能、环保、高效发展成为当今世界发展的主流。纯电动汽车作为绿色零污染新能源汽车的主要发展方向之一,已经得到了各国政府和汽车企业的大力支持和重点发展。内置式永磁（Interior Permanent Magnet,简称IPM）电机具有功率密度高、转矩密度高、效率高以及很好的动态性能等优点,已经在电动汽车中得到广泛地应用。然而,复杂度不断提升的行驶路况,对电动汽车用电机同时兼顾低速大转矩和高速宽调速的性能提出了更严苛的要求。此外,IPM电机由于采用较高矫顽力的永磁材料,永磁励磁磁场不易调节,电机恒功率运行区域调速范围有限,无法适应电动汽车低速大转矩和宽调速范围需求。近年来,磁场增强型内置式永磁（Flux-Intensifying Interior Permanent Magnet,简称FI-IPM）电机由于具有“直轴磁场增强的特点,直轴电感大于交轴电感,呈反凸极特性,使得该类电机不仅具有IPM电机的优点,还具有更宽的恒功率调速范围以及高速时不宜退磁等特点。本文以该类FI-IPM电机为研究对象,针对该类电机反凸极特性导致的电流控制复杂,动态性能差等问题,提出一种新型的电流分段控制策略,主要工作如下:1)详细介绍了FI-IPM电机及其控制策略的国内外研究概况。分析了新型FI-IPM电机的拓扑结构和工作原理,并通过有限元进行了验证。构建了该类电机的数学建模,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,并进行了矢量控制研究,验证了数学模型的正确性。2)介绍了基于FI-IPM电机的驱动控制系统与传统电流分段控制策略,阐述了最大转矩电流比（Maximum Torque Per Ampere,简称MTPA）控制与弱磁控制的原理,分析并对比了MTPA与弱磁控制的几种实现方法,分析了传统电流分段控制策略不能直接应用到FI-IPM电机的原理。3)提出了一种基于新型FI-IPM电机的电流分段控制策略,将整个运行区域分为增磁I区,增磁II区,弱磁I区,弱磁II区,在增磁II区设置一个可调节的基准电压,这样既能够根据电机不同的运行工况进行有针对性地设置,又解决了不同运行区域过渡环节的电流震荡问题,充分发挥了FI-IPM电机的反凸极特性。4)对比分析了传统MTPA加弱磁控制与本文提出的控制策略,验证了所提出算法的有效性。在此基础上,基于d SPACE DS1007上搭建实验平台,进行实验研究,验证了理论分析与仿真结果的正确性。