详情

原文传递容错式永磁辅助同步磁阻电机设计、分析与控制

论文题名：	容错式永磁辅助同步磁阻电机设计、分析与控制
关键词：	电动汽车;容错式永磁辅助同步磁阻电机;结构设计;转矩脉动;智能控制
摘要：	目前，能源危机和环境恶化已经成为世界性的问题，引起了各国政府的大力关注。电动汽车作为节能减排的新型交通工具，对缓解这两大难题有着实质性的作用。永磁辅助同步磁阻（Permanent MagnetAssisted Synchronous Reluctance，PMaSynR）电机凭借价格低廉、调速范围宽、功率密度高和过载能力强等优点，在电动汽车用驱动领域有着良好的应用前景。但是，分布式绕组PMaSynR电机可靠性不足、转矩脉动偏大以及控制方法的缺乏制约着其进一步的发展。为此，本文首先提出了将断裂式定子和模块化绕组相结合的容错式PMaSynR电机设计方案，实现了车用驱动电机高磁阻转矩和高容错性能的相互兼顾。随后，建立了适用于单层磁障和双层磁障PMaSynR电机的转矩解析方法，并在此基础上获得了特定阶次的转矩谐波和转子磁障位置间的关系，从而揭示转矩脉动的产生原因以及利用特定谐波降低转矩脉动的机理。除此之外，还提出了转子磁障非对称设计和定子槽口偏移的转矩脉动抑制方法，并推导了采用两种抑制方法后PMaSynR电机的转矩表达式。针对所设计的PMaSynR电机，提出了定频信号注入的最大转矩电流比（Maximum Torque Per Ampere，MTPA）控制，实现电机输出转矩的最大化。本文的研究内容涉及PMaSynR电机的高容错性能的分析与评估、电磁性能分析与评估、转矩脉动机理分析、低转矩脉动设计、MTPA控制和实验验证等方面：　　1.突破分布式绕组结构PMaSynR电机容错性能低的瓶颈，提出了兼具高可靠性、高转矩密度的容错式PMaSynR电机，实现了绕组模块间的电、磁、热和物理隔离。并对容错式PMaSynR电机在开路、短路和匝间短路故障下的电磁性能及相互间耦合情况进行分析。　　2.提出了适用于PMaSynR电机的转矩解析方法，推导了由定、转子磁动势相互作用产生的转矩解析式，并进一步得到了磁障张角与转矩特定谐波之间的关系，从而直接计算出降低特定阶次转矩谐波的磁障张角。该方法极大的缩短了计算时间且有效提升了电机优化效率。　　3.分别基于单个磁极和单个定子槽的齿槽效应，推导PMaSynR电机总齿槽转矩的基础方程。研究非对称转子和定子槽口偏移对转矩谐波的影响，建立非对称设计的转矩解析表达式。此外，针对由空气槽引起的转矩脉动提出了偏移模块端部槽的设计，确定影响转矩脉动的关键结构参数，为PMaSynR电机的低转矩脉动设计提供理论依据和参考。　　4.建立容错式PMaSynR电机的数学模型，介绍MTPA控制的工作原理，在此基础上提出了一种定频信号注入的MTPA控制策略。该控制策略的基本思路是向电机电压矢量里注入一个高频小信号，从而引起磁链和定子电流的幅值高频波动，经过信号处理模块和矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）模块后，将可以实现对逆变器和电机的控制。　　5.搭建了容错式PMaSynR的软硬件实验平台，并在此平台上开展了容错式PMaSynR的电磁性能，容错性能和MTPA控制的实验研究。
作者：	徐媚媚
专业：	控制科学与工程
导师：	刘国海
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文