车用宽调速磁场增强型永磁无刷电机控制策略的研究

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随着能源危机和环境污染的不断加剧,具有节能环保优势的新能源汽车应运而生,全球各大汽车公司及研究机构纷纷对其进行研发和推广。作为新能源汽车之一的电动汽车,因其节能、环保等优点受到广泛的关注并获得迅速发展。传统内置式永磁无刷(Interior Permanent Magnet Brushless,简称IPMBL)电机因其易于维护、转矩密度高等特点在电动汽车中得到广泛的应用。然而,传统IPMBL电机永磁磁场存在不易调节的缺点,一定程度上限制了该类电机在恒功率范围内的宽调速运行,同时电机在高速区的运行效率也相对较低。而随着城市道路的日新月异,电动汽车面临着更为复杂的工况,传统IPMBL电机已不能完全满足现代电动汽车的驱动需求。为了解决这些问题,本文对一种新型宽调速磁场增强型永磁无刷(Flux Intensifying Permanent Magnet Brushless,简称FI-PMBL)电机进行研究,该电机不但包含传统IPMBL电机的优点,还具有磁场增强和工作范围内高效率运行等特点。本文基于该电机实际的运行特性提出相应的控制策略,并对其进行理论分析和实验研究,主要工作如下:本文首先介绍了电动汽车的发展现状,以及宽调速磁场增强型永磁无刷电机及矢量控制的研究现状,描述了新型FI-PMBL电机的结构,并搭建新型FI-PMBL电机在定转子坐标系下的数学模型。其次分析了基于新型FI-PMBL电机与传统电机矢量控制的区别,在此基础详述最大转矩电流比(maximum torque per ampere,简称MTPA)控制和id=0控制两种控制算法的基本原理并搭建电机控制仿真模型,对电机的启动、变速、变载等工况进行仿真,通过对各种工况下两种控制算法仿真结果的对比分析,验证了新型FI-PMBL电机在利用自身磁场增强型特性情况下采用MTPA控制的优势。再次介绍了新型FI-PMBL电机驱动控制系统的构成,详细分析了该系统的硬件设计和软件设计,搭建电机实验平台。最后基于新型FI-PMBL电机所选择的MTPA和id=0控制进行相关实验。实验结果表明采用MTPA控制能够达到磁场增强的效果,验证了电机采用MTPA控制的可行性和正确性。
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