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电动汽车用永磁电机及驱动控制研究-电机与电器专业论文
承诺书 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导 下,独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已 经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他 人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献 的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复 印件,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名: 日 期: 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 电动汽车用永磁电机及驱动控制研究 电动汽车用永磁电机及驱动控制研究 I I PAGE PAGE IV 摘 要 随着能源短缺和环境污染的问题愈演愈烈,发展电动汽车产业已成为汽车工业的主要研究 方向,而电机驱动系统作为电动汽车机电能量变换的核心部件,具有重要研究意义。在各类电 机中,永磁电机因具有高功率密度和高效率等明显优势,在中小型电动汽车领域获得广泛的应 用。本文针对电动汽车用永磁电机驱动系统,以增强电机弱磁能力和提高控制性能为出发点, 从电机设计和控制策略两方面进行研究,旨在提出一种易于弱磁的外转子永磁轮毂电机结构和 一套动态响应快,可靠性高的控制算法,主要包括以下内容: 首先,针对表贴式永磁轮毂电机弱磁困难的缺陷,本文提出了一种转子永磁段与磁阻段圆 周向交替分布的新结构交替极外转子永磁轮毂电机,通过加大电机的电枢反应来扩大电机的弱 磁能力。在槽极匹配的选取上,以 9/4 和 9/5 两种电机进行对比分析,发现 9/5 极单元电机绕组 具有一致性和互补性的特点,从而理论上解释了 9/5 电机永磁磁链和电感曲线高度正弦的本质 原因,并进行有限元仿真验证。在齿槽转矩的优化上,与常规电机对比,分析新结构电机磁钢 厚度、极弧系数等重要参数对齿槽转矩的影响,分析变化规律,提出了以弧形铁心极进一步优 化齿槽转矩的方法。 其次,分析新结构电机的数学模型,利用有限元软件分析电机参数的非线性变化并介绍了 参数测试方法。利用 Matlab Simulink 建立轮毂电机的非线性参数模型,在基于一套完整的控制 系统的基础上仿真验证出新电机的弱磁扩速能力可达基速的 2.5 倍以上。 接着,针对内置式永磁同步电机运行时参数的非线性变化,为提高控制系统的准确性和鲁 棒性,提出查表法最大转矩电流比控制;为改善电机高速弱磁时系统的动态响应和可靠性,提 出基于电压反馈复合电流前馈的弱磁控制策略,在电压反馈调节弱磁给定电流的基础上加上弱 磁电流的前馈计算使动态响应迅速,并通过 Matlab 仿真验证了控制策略的可行性。 最后,完成基于 DSP2812 软件程序设计,搭建待测电机 5Kw、陪侍电机 11Kw 的对拖实验 平台。完成样机 d-q 轴电感的非线性测试,进行电机基速 2000rpm 带载额定转矩 30N.m、突加 突卸载、弱磁升速至 4000rpm 带载 14N.m 等实验,完成指标扩速比达到基速 2 倍。实验验证本 课题采用的控制策略具有有效性和可靠性,基本满足电动汽车驱动要求。 关键词:永磁电机,外转子永磁轮毂电机,内置式永磁同步电机,有限元,非线性参数,查表 法最大转矩电流比控制,弱磁控制 ABSTRACT As the problem of worldwide energy crisis and environmental deterioration becoming more and more serious, electric vehicles (EVs) have been the development direction of automobile industry. What’s more, as the core component of energy conversion, the motor drive system used in EV is of important significance. Among all kinds of motors, permanent-magnet synchronous motors (PMSMs), which have high efficiency and large torque-to-weight ratio, are widely used in electric vehicles (EVs), particularly in midsize and compact EVs. In this paper, the aim is to improve the flux-weakening ability o
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