内埋式永磁同步电机弱磁系统的研究

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随着经济的发展,人们对汽车的需求越来越大。这促使石油资源危机,环境污染等问题的产生。人们迫切想找到可以替代石油并且无污染的新能源来给汽车使用,电机以其优越的性能以及无污染的优点,使人们对其在电动车上应用前景看好。内埋式永磁同步电机体积小、重量轻、效率高等优点,使其更适合应用到城市交通电机驱动系统中。因此,对内埋式永磁同步电机的控制方法的研究就显得尤为重要。首先,建立内埋式永磁同步电机的数学模型,在分析电动车的运行需求的基础上,选择电压反馈的弱磁控制方法。此方法在高速时,可以输出恒功率并且加速,使汽车可以有更大的调速范围。其次,介绍永磁同步电机弱磁控制基本原理。永磁同步电机弱磁控制的思想源于他励直流电机的调磁控制,但由于永磁同步电机的永磁体产生的磁场是恒定不变的,所以只能增加电机定子电流直轴去磁分量和减小电机定子电流交轴转矩分量来减弱气隙合成磁场,从而达到弱磁的目的。选用电压反馈弱磁控制,此种弱磁控制方法是因为电压反馈法较容易实现、鲁棒性较好,以及可以实现最大转矩电流比控制与弱磁控制的平滑过渡。不同的弱磁区域的电流给定值是不同的,必须明确电机所在的区域,弱磁区域是通过反电动势与转矩曲线的夹角确定的,具体分为恒功率弱磁区和最大输出功率弱磁区。根据电机运行的不同弱磁区域,对电流调节器进行设计,并给出不同区域的电流计算公式。将电流值变换成电压给定值,运用SVPWM技术将给定电压变成三相逆变驱动电压,控制电机运行。再次,对于实验的硬件电路和软件编程进行介绍。根据电机控制的需要,搭建硬件电路,硬件电路可以对电机的信号进行采集,对电机进行驱动,以及误操作时保护电路不受损害。软件部分主要是实现弱磁控制策略,将软件模块化,易于管理和修改。软件分为三个单元:基本矢量控制单元、最大转矩电流比控制单元、弱磁控制单元。基本矢量控制单元包含电机的坐标变化、PI调节、SVPWM等基本模块,实现电机控制的基本功能。最大转矩电流比单元主要是根据转矩控制电流的输出,使电机输出转矩恒定,电流最小,减少损耗,提高效率。弱磁控制单元主要判断电机是否进入弱磁区域、弱磁区域的确定、不同弱磁区域电流修正值的计算。最后,在搭建的实验平台上进行了探究性的实验。在弱磁区域运行时,控制定子直轴去磁电流逐渐增加,定子交轴转矩电流逐渐减少,则电机的输出转矩下降,转速不断上升。电机最终可以达到的稳定的最大转速为2112r/min,比额定转速1000r/min提高了111%,基本实现了弱磁扩速的目的。实验的结果与预期的结果基本一致,证明了构建的系统的可行性和可靠性。
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