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铁氧体永磁同步电动机的优化设计和矢量控制策略研究

铁氧体永磁同步电动机的优化设计和矢量控制策略研究

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作者：谭泳涛浙江大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度高、效率高等优点,在航空航天,交通运载、工业生产及家用电器等领域具有广阔的应用前景。近年来,为了降低永磁同步电机的成本,采用铁氧体材料的永磁同步电机得到了越来越广泛的关注。在一些低成本、... 详细信息

永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度高、效率高等优点,在航空航天,交通运载、工业生产及家用电器等领域具有广阔的应用前景。近年来,为了降低永磁同步电机的成本,采用铁氧体材料的永磁同步电机得到了越来越广泛的关注。在一些低成本、高性能要求的应用场合,如风机、水泵等,采用低成本的铁氧体永磁同步电机代替异步电机,可以显著地提高效率、降低成本。针对铁氧体永磁材料磁性能相对较弱的特点,本文采用聚磁结构,设计分析了一台内置式铁氧体永磁同步电动机。该电机具有高效率、高功率因数、低转矩脉动等优点,相对于同规格异步电机降低了两个机座号,有效的减小了电机体积、重量和成本,具有巨大的应用潜力。另外,针对参数受铁芯饱和影响较大的电机,如内置式永磁同步电机和同步磁阻电机,本文提出两种基于最大转矩电流比（MTPA）控制方法的优化控制策略。MTPA控制策略的目标在于利用相同的电流产生最大的转矩,以减小电机铜耗、降低温升、提高效率。但是,电机参数的不确定性（如实际参数与设计参数的差异、实际参数随工况而变化等）将导致电机最大转矩电流比轨迹发生偏移,使得电机运行状态偏离目标运行状态。为了补偿电机参数变化对MPTA控制的影响,本文提出基于参数变化补偿的优化MTPA控制策略,可以很好地跟随实际的MTPA轨迹,提高电机的运行性能。此外,采用MTPA控制策略,在电机重载时会出现功率因数下降问题,在高速区还会出现驱动电压不足的问题。本文基于参数变化补偿的优化MTPA控制策略,提出了一种三段式控制策略,保留了 MTPA控制策略的优点,并扩展了电机重载时的调速范围。最后,通过实验测定了不同负载条件下的MTPA轨迹,与仿真结果具有相近的表现。

关键词：内置铁氧体永磁同步电机聚磁结构优化最大转矩电流比控制三段式控制

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