【摘 要】
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高速永磁同步电机(High-speed Permanent Magnet Synchronous Motor,HSPMSM)适合在高速条件下工作,不需要复杂变速装置,并具有效率高、功率因数大等优点,在军工、民用等领域具有广阔的应用前景。但是,要发挥出HSPMSM优越的特性,研究设计高效可靠的驱动控制系统至关重要。运行基频较高和定子电感较小是HSPMSM的两大特点,在HSPMSM工作过程中,将会出现
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高速永磁同步电机(High-speed Permanent Magnet Synchronous Motor,HSPMSM)适合在高速条件下工作,不需要复杂变速装置,并具有效率高、功率因数大等优点,在军工、民用等领域具有广阔的应用前景。但是,要发挥出HSPMSM优越的特性,研究设计高效可靠的驱动控制系统至关重要。运行基频较高和定子电感较小是HSPMSM的两大特点,在HSPMSM工作过程中,将会出现定子相电流谐波含量高、交叉耦合项和角度延迟项影响电流环稳定性、电机参数变化相对较大的问题。本文以表贴式HSPMSM为研究对象,在电流谐波抑制、电流环稳定性、速度辨识算法三方面开展了以下研究:针对HSPMSM在高速条件下的运行状态,为了便于理论分析,将传统HSPMSM数学模型转化成复矢量模型,最后推导出包含交叉耦合、时间延时和角度延迟的精确电流环复矢量模型,并对电流环带宽扩展进行分析。针对HSPMSM定子电感小的特点,在逆变器使用Si IGBT器件驱动电机运行时会出现定子电流谐波含量较高的问题,提出Si C MOSFET与Si IGBT并联的结构,可以结合Si C MOSFET低开关损耗、高开关频率的优势与Si IGBT低成本、载流能力强的优势,通过LTspice软件仿真证明了混合器件电流分配的优越性,并研究出混合器件最小开关损耗对应的开通和关断延时时间。针对HSPMSM电流环交叉耦合严重的问题,通过根轨迹法分析电流环交叉耦合项对电流环动态性能的影响,并设计了复矢量解耦策略,有效提高了电流环动态性能,针对HSPMSM在高速运行条件下时间延时导致的较大角度延迟问题,提出了角度补偿的方案,有效提高了电流环稳定性,最后通过Matlab/Simulink仿真验证了所提方案的有效性。针对HSPMSM在高速条件下的运行状态,设计了改进滑模观测器。传统滑模观测器使用开关函数导致扩展反电动势出现抖振问题,通过设计准滑动模态函数替代开关函数削弱了抖振现象,通过锁相环(Phase Locked Loop,PLL)替代反正切函数对估计的角度误差进行抑制,最后通过Matlab/Simulink仿真验证了所设计算法在电机空载、转速突变、负载突变、电参数改变四种极端条件下稳定运行的优越性。
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