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作者：边元均华侨大学

学位级别：硕士

由于在低压大功率的场合中,多相永磁电机可以通过分摊每相电流降低单个开关管上的功率,所以非常适合船舶电力推进系统等供电电压受限的环境。其中三Y移20°九相永磁同步电机(PMSM)比六相电机具有更强的容错能力、更小的转矩脉动和更灵... 详细信息

由于在低压大功率的场合中,多相永磁电机可以通过分摊每相电流降低单个开关管上的功率,所以非常适合船舶电力推进系统等供电电压受限的环境。其中三Y移20°九相永磁同步电机(PMSM)比六相电机具有更强的容错能力、更小的转矩脉动和更灵活的控制方法,日益受到新能源电机、轨道交通和军舰驱动等领域的青睐。同时其非正弦绕组情况下的数学模型和驱动控制策略也相对更加复杂,目前尚没有完整的高性能控制方案,仍需广大学者作进一步的研究。本文以三Y移20°九相永磁电机为研究对象,围绕其本体模型、控制策略和调制算法等关键问题进行了如下工作:首先,对多相永磁电机的磁势进行了简要的分析,通过对多相永磁电机谐波子空间的分析从对称多相电机坐标变换的一般形式中推导出了绕组非正弦式三Y移20°九相电机的Clarke变换矩阵,并由此进一步推导出其在旋转坐标系下的数学模型。其次,在三相载波PWM调制的理论基础上,探究了多相载波PWM的实现方法。结合多维子空间矢量控制策略,提出绕组非正弦式三Y移20°九相电机的电流环控制框图。并在MATLAB/Simulink下对基波子空间矢量控制和多维子空间矢量控制经行了仿真分析,结果表明后者已经可以有效抑制系统的谐波并具有较快的响应速度。再次,针对九相永磁同步电机控制系统设计了基于DSP+FPGA构架的通用硬件平台,在该平台下对DSP和FPGA进行了合理的任务划分。并在FPGA中实现了可并口配置的多路PWM发生器,给出了DSP中控制算法实现的软件流程图。最后,通过实验检验了硬件平台下HDL设计和主要外设设计的有效性。结果表明,硬件平台可以实现相应功能并已初步具备实现三Y移20°九相电机基于载波调制多维子空间矢量控制算法的条件。

关键词：新能源船舶电力推进多相永磁电机 DSP+FPGA 多相载波调制

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多模式运行双五相永磁电机单相开路容错控制

多模式运行双五相永磁电机单相开路容错控制

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作者：陈舒龙江苏大学

学位级别：硕士

多相永磁同步电机具有高转矩密度、高效率以及强容错等优势,在电动汽车、舰船推动、航空航天等高可靠性领域得到了广泛关注和研究。与传统多相电机相比,多模式运行双五相永磁同步电机(Multi-Operation mode Dual Five-Phase PM motor,MO... 详细信息

多相永磁同步电机具有高转矩密度、高效率以及强容错等优势,在电动汽车、舰船推动、航空航天等高可靠性领域得到了广泛关注和研究。与传统多相电机相比,多模式运行双五相永磁同步电机(Multi-Operation mode Dual Five-Phase PM motor,MODF-PM motor)拥有内外两个定子,两套五相定子绕组,能在主驱/辅驱单独工作、主驱和辅驱同时工作以及辅驱混合励磁三种工作模式下运行,使其控制自由度、运行模式更多,容错能力更强。本文首先分析MODF-PM电机这一新型电机的工作原理,建立了其多种运行模式下的数学模型,并提出其在正常工作下的载波脉宽调制(Carrier-Based Pulse Width Modulation,CPWM)算法。进而,针对传统五相永磁电机开路容错运行时健康相相电流增大的问题,充分利用MODF-PM电机的特性,提出了内外定子绕组配合的容错控制策略,实现了容错控制下该电机的故障定子绕组的相电流故障前后幅值保持不变。此外,对比了多模式下容错运行的结果,以铜耗来确定不同工况的运行模式,实现了容错运行时的模式切换,在提升了系统安全性的同时提高了运行效率。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)分析了MODF-PM电机的结构和特性,提出了三种运行模式;推导了该电机不同模式下正常工作时自然坐标系和旋转坐标系下的数学模型;利用基波降阶矩阵推导了该电机在主驱单相开路故障下的解耦模型。(2)介绍了相邻四矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)和CPWM调制原理;结合MODF-PM电机的结构分析其调制方式,提出了采用三次谐波电流闭环下的CPWM调制方式,并利用Simulink搭建仿真模型,验证算法可行性;介绍了MODF-PM电机的多种运行模式,给出了对应转矩公式和电流分配策略,并对模式二和模式三进行仿真实验,验证所提控制策略的有效性和正确性。(3)针对传统五相电机开路容错电流幅值增大的问题,提出了MODF-PM电机在主驱单相开路故障前后电流幅值不变的容错算法;还提出了在单相开路容错控制下内外定子绕组的最小铜耗控制策略,并用Simulink进行仿真研究证实了算法的可行性。设计了基于RTU-Box204平台的MODF-PM电机驱动系统,分别对本文所提的容错控制策略进行了实验验证,实验结果证明了所提算法的准确性和可行性。

关键词：多相永磁电机混合励磁多运行模式容错控制最小铜耗

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低谐波多相永磁容错电机振动噪声研究

低谐波多相永磁容错电机振动噪声研究

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作者：赵士豪河北科技大学

学位级别：硕士

多相永磁电机因兼具多相电机和永磁电机的转矩脉动低、振动噪声低、容错能力强和可靠性高等优势在电动汽车、航空航天、水下推进等场合广泛应用,近年来成为越来越多电机领域研究学者的热门研究方向之一。本文以六相永磁同步电机为研究对... 详细信息

多相永磁电机因兼具多相电机和永磁电机的转矩脉动低、振动噪声低、容错能力强和可靠性高等优势在电动汽车、航空航天、水下推进等场合广泛应用,近年来成为越来越多电机领域研究学者的热门研究方向之一。本文以六相永磁同步电机为研究对象,以低振动噪声为研究目标,建立低谐波永磁电机磁场和振动噪声解析计算模型,通过场路耦合法建立了双三相电机全频域谐波分析模型,以解析法和有限元法对多相绕组断路故障和短路故障下电机振动噪声建模计算,设计并研制一台低振动噪声双Y移30°永磁电机进行实验验证。本文主要研究内容分为以下几个方面:首先,建立了低谐波永磁同步电机磁场解析计算子域模型。在二维极坐标下,建立偏心式和面包型转子的不均匀气隙永磁体等效计算模型和基于气隙磁场矩阵时空向量平移的分片层等效定子斜槽模型,以有限元法验证建立模型计算的有效性和准确性,实现了低谐波定转子结构下单元电机的空载和负载工况的电机磁场性能快速计算,为低谐波多相永磁电机快速设计和振动噪声计算奠定基础。其次,多相永磁电机低谐波方案设计及径向电磁力谐波分析。根据多相绕组磁动势模型对双Y绕组重构设计并对其谐波分析,确定相移30°拓扑结构更具低谐波优势。分析了不同结构参数下径向电磁力谐波分布规律,推导了对整数槽电机振动噪声影响较大的槽频电磁力的谐波贡献来源,确定了低谐波双Y永磁电机方案。基于双dq矢量控制建立双Y永磁电机场路耦合模型,考虑逆变器供电的非正弦电流对径向电磁力谐波的影响,对电机低频谐波和开关频率处高频谐波进行空载和负载工况的对比分析。然后,多相绕组开路故障和短路故障下电机振动噪声建模计算分析。结合电磁力解析求解模型,建立多相电机振动噪声解析计算方法,假设一相绕组开路故障下,分析了不采用容错策略、采用最大转矩容错策略、最小铜耗容错策略和单三相模式下电机谐波和振动噪声分布规律。建立多相绕组匝间短路故障的场路耦合和解析混合计算模型,分析了不同程度的匝间短路下电机谐波和振动噪声分布规律。最后,制作样机并搭建实验平台进行测试及实验结果分析。分别进行模态锤击法验证实验和振动噪声实验,分析电机空载运行下振动噪声频谱成分,通过解析计算结果和实验结果对比验证了建立的低谐波多相电机振动噪声解析模型的有效性和准确性。

关键词：多相永磁电机解析法有限元法电磁力谐波振动噪声故障容错

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多相永磁同步电动机突然对称短路的分析

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电工技术学报 2004年第4期19卷 17-22页

作者：乔鸣忠张晓锋任修明海军工程大学电气工程系武汉430033 武汉船用电力推进研究所武汉430064

突然对称短路是多相永磁同步电动机在运行中可能发生的严重故障,是分析、研究其他突然短路现象的基础,也是分析永磁电机运行过程中最大去磁磁势的一个重要环节。建立p对极N相正弦波永磁同步电动机在abc坐标下和dq坐标下的数学模型,推导... 详细信息

突然对称短路是多相永磁同步电动机在运行中可能发生的严重故障,是分析、研究其他突然短路现象的基础,也是分析永磁电机运行过程中最大去磁磁势的一个重要环节。建立p对极N相正弦波永磁同步电动机在abc坐标下和dq坐标下的数学模型,推导该类电机N相对称短路的最大瞬时短路电流表达式,实验表明所建立的电机数学模型及推导的短路电流表达式是正确的。

关键词：多相永磁电机短路电流变换矩阵

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多相永磁同步电动机数学模型的分析与研究

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中国航海 2003年第1期26卷 67-71,78页

作者：乔鸣忠张晓锋任修明海军工程大学湖北武汉430033 武汉船用电力推进研究所湖北武汉430064

电机的数学模型是研究电机运行性能的基础 ,但是目前多相永磁电机的数学模型不能完全准确地反映磁路饱和及永磁体工作点的变化。将交流电机的多回路理论与电磁场的有限元方法结合起来建立了多相永磁同步电动机的多回路—有限元数学模型... 详细信息

电机的数学模型是研究电机运行性能的基础 ,但是目前多相永磁电机的数学模型不能完全准确地反映磁路饱和及永磁体工作点的变化。将交流电机的多回路理论与电磁场的有限元方法结合起来建立了多相永磁同步电动机的多回路—有限元数学模型。对九相永磁同步电机的仿真和实验结果表明 ,该模型克服了原有数学模型的缺陷。

关键词：电气工程多回路-有限元数学模型分析研究多相永磁电机电磁场

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