基于矢量控制的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机分区控制策略

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybrid excited axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种新型定子励磁型混合励磁同步电机,它结合了轴向磁场磁通切换永磁电机和电励磁同步电机的优点。为了研究该结构电机在全速度运行范围内的运行性能,论文详细分析了电机结构特征与调磁机理,构建了电机数学模型和矢量控制系统。基于分区控制策略,在低速区,为了提高电机驱动系统的功率因数,提出一种单位功率因数控制策略,且与id(28)0控制进行对比研究;在高速区,为拓宽电机调速范围,提出一种最大输出功率弱磁控制策略,且与传统弱磁控制策略进行对比研究。基于MATLAB/Simulink和d SPACE1103,采用提出的控制策略对电机全速度范围的运行性能进行研究。仿真与实验结果表明,在低速区,电机轻载或重载运行时,单位功率因数控制策略始终保持电机驱动系统运行功率因数为1,使逆变器容量得到了充分利用;在高速区,最大输出功率弱磁控制策略提高了电机弱磁运行区域的功率利用率,增强了电机带载能力,拓宽了电机调速范围,提高了弱磁运行区的效率。     

永磁同步电机宽范围最大转矩控制

提出一种永磁同步电机新的宽范围弱磁控制策略,根据电机在不同转速段运行时的转矩特性,考虑逆变器的输出电压能力及电机的电流约束条件,以输出最大转矩为目标,分析得出全速范围内的电流矢量控制算法。该方法将全速段分为四个运行区间,可实现恒转矩运行与弱磁控制的快速平滑过渡,使系统在额定转速以下具有恒转矩输出,在高速运行时实现恒功率特性。仿真及实验结果表明,提出的方法可有效拓宽电机的转速运行范围,具有较快的动态响应性能。     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

考虑转子异步损耗的永磁同步电机高效率控制研究

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor）功率密度高、转动惯量小、动态响应快,广泛用于电动汽车的驱动、伺服系统和工业等场合。考虑了电机在加速、减速等动态工况工作时产生的转子异步损耗,实现永磁同步电机损耗最小控制,建立了考虑转子异步损耗的永磁同步电机模型,采用数值方法求解电机模型;以电机输入功率最小为目标函数,通过基于模型的黄金分割算法在线搜索当前工况下的最优定子磁链,避免搜索过程中电机的抖动。结果表明,与传统的最大转矩电流比和弱磁控制相比,在加速、减速时总损耗都有明显降低,在额定转速以上响应更快,转矩动荡小。所提出的控制策略实现了动态工况下电机损耗最小,达到了节能的目的。     

增程式电动车用永磁同步电机弱磁控制仿真研究

考虑到增程式电动车(EREV)电驱动系统的特点和特殊要求,在永磁同步电机数学模型的基础上,研究了永磁同步电机的弱磁控制原理及其控制策略。在基速以下,采用最大转矩/电流控制(MTPA),使电机运行于恒转矩区,以获得最大电磁转矩;当转速增至基速后,则采用弱磁控制策略,以拓宽电机的调速范围,实现高速恒功率运行。在Matlab/Simulink中,基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对永磁同步电机弱磁控制系统进行了建模仿真,验证了该弱磁控制算法正确性。     

永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法

为了验证永磁磁阻电机具备宽调速域的优势,同时充分发挥永磁磁阻电机在弱磁运行时的输出转矩,提出了一种基于转矩预测控制的全速域控制方法。采用Ansys设计了一台永磁磁阻电机,并与Simulink联合仿真验证了方法的可行性。验证结果表明:转矩预测控制方法可以使电机在全速域获得良好的动态性能,同时永磁磁阻电机弱磁运行时依然具有优秀的转矩输出能力。     

混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制

针对混合励磁同步电机低速大转矩及宽调速的特点,提出一种基于空间电压矢量算法的弱磁调速控制方法.该控制方法在速度分区控制的基础上,在高速区,采用保持q轴反电势不变的铜耗最小控制策略,对电枢电流与励磁电流进行优化配置.搭建该电机驱动系统的仿真模型,对无电流弱磁、励磁电流弱磁、d轴电流与励磁电流共同弱磁3种不同电流控制模式下的调速效果进行分析;构建该电机驱动控制系统的实验平台,通过实验得到该电机的启动电流波形与稳态电流波形,对所提出的算法进行验证.仿真和实验结果表明,在铜耗最小控制条件下,采用d轴电流与励磁电流共同弱磁的混合励磁同步电机驱动系统比单纯采用励磁电流弱磁或无电流弱磁的驱动系统具有更宽的调速范围.     

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机分段弱磁控制

混合永磁轴向磁场磁通切换记忆电机(hybrid permanent magnet axial field flux-switching memory machine,HPM-AFFSMM)采用钕铁硼和铝镍钴两种永磁励磁,既具有轴向磁通切换永磁同步电机转矩和功率密度高的优点,又具有记忆电机永磁磁化状态在线可调的特点。在研究HPM-AFFSMM调磁原理、电磁参数及数学模型的基础上,提出了一种HPM-AFFSMM宽调速控制方法。基于分区控制,低速区采用永磁饱和磁化方式运行,高速区采用分段弱磁方式运行。在分段弱磁区域,所需永磁磁链满足给定转速所在区间内的最大转速对应的永磁磁链。在全速度范围内,为实现充去磁,提出了一种对电机参数敏感性较低的自适应永磁磁链观测器设计方法。仿真和实验结果表明,在低速区,饱和增磁运行缩短了电机的起动过程;在高速区,分段弱磁运行优化了永磁磁链的控制,拓宽了电机的调速范围。因此,HPM-AFFSMM非常适合应用于电动汽车起/发一体机。     

基于电流快速响应的永磁同步电机六拍运行控制策略

提出一种基于电流快速响应的永磁同步电机六拍运行控制策略,使电机在满足动态过调制、弱磁和电流快速响应的同时,实现电机的六拍运行。在此基础上,提出一种针对过调制控制的弱磁方法,该方法可有效减小电机在过调制区域的转矩脉动。以一台车用凸极永磁同步电机进行仿真实验研究,实验结果证明了这种控制方法的有效性。     

基于模糊控制的内置式永磁同步电机弱磁调速算法

针对内置式永磁同步电机矢量控制系统提出了一种新的弱磁控制策略,通过构建模糊控制器分析内置式永磁同步电机运行时的电流转矩分量和转速反馈量,得到电机直轴电流弱磁分量。运用Matlab GUI工具箱设计了模糊控制器,并在Simulink中对基于模糊控制的矢量控制系统进行了仿真,结果表明电机弱磁效果明显、调速范围得到有效拓宽,且系统具有较好的动态性能。     

车用永磁同步电机拓扑结构比较研究

电动汽车以其低噪声、清洁环保、高能量转换效率等优点逐渐成为汽车工业发展的重要方向。为满足汽车低速启动、高速超车及舒适性等要求,车用驱动电机需要具有低速大转矩、宽调速范围及低转矩脉动等特点。为了达到上述性能,首先简要介绍了永磁同步电机弱磁调速、启动转矩等原理,然后设计和仿真了3种不同转子结构的永磁同步电机,对其额定转矩、高速弱磁、转矩脉动等性能进行比较研究。最后,总结了不同转子拓扑的永磁同步电机各自的性能特点,为各种工况选择结构适合的电机提供了参考。     

基于瞬时无功理论的交流电机弱磁控制

提出了一种适合车用的永磁无刷电机(PMBM)的瞬时无功理论弱磁控制。该控制能在不明显改变电机相电流波形的前提下,解决车用PMBM高速弱磁控制问题。该方法在低速工况下采用最大转矩/电流比控制方式,以充分利用永磁磁阻转矩来提高转矩输出能力;在高速工况下采用恒功率弱磁控制,以拓展电机速度范围。样机系统的试验结果表明,采用瞬时无功理论实现的电机控制,在全速度范围内具有很好的可靠性和安全性。     

一种内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率优化方法

提出了一种适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制驱动系统的效率优化方法。基于考虑铁心损耗的IPMSM模型,对电机损耗与运行转速、电磁转矩以及定子磁链三者之间的关系进行了研究分析。根据典型的IPMSM直接转矩控制不使用零电压矢量的特点,对电机功率损耗计算式进行了简化,推导得出在一定运行工况条件下IPMSM的效率最优定子磁链幅值。仿真结果验证了该方法不仅可以保持直接转矩控制动态响应的快速性,而且有效地提高了电机在稳态运行时的效率。     

广域高效车用轴向磁通永磁同步电机的设计分析

针对车用驱动电机转矩和转速多变,运行范围宽广,需要提升电机在全域运行范围的高效率能量转换的问题,提出以高效率区间占比为设计目标的车用轴向磁通永磁电机设计方法。提出了考虑PWM供电影响的电机铁耗工程计算方法。基于等效磁网络法和集总参数热网络法构建了轴向磁通永磁同步电机的快速磁-热耦合设计模型,提高了车用轴向磁通永磁同步电机的设计精度。基于磁热耦合模型,分析了极弧系数、每槽导体数、气隙长度、永磁体尺寸、定子槽型尺寸等关键设计参数对车用轴向磁通永磁同步电机高效率区间占比的影响。设计并制造了样机一台,开展了电机效率和温升测试实验,获取了全域运行范围内的电机效率及电压分布,测试结果验证了磁热耦合模型和设计结果的有效性。     

电动汽车牵引用永磁同步电机的场路联合仿真

基于Maxwell 2D和Simplorer联合仿真平台,以1台额定功率20 k W的电动汽车牵引用永磁同步电机为研究对象,建立考虑电机饱和问题和损耗影响的电机牵引系统仿真模型。通过分析恒转矩工作区间i_d=0控制与MTPA控制、高速运行区间id=0控制与弱磁控制的牵引特性,具体对比了电机的磁链、电流、转矩脉动、驱动效率等特性。通过试验测试,验证了仿真方法的正确性,为电动汽车牵引电机调速系统的控制仿真提供了参考。     

电动汽车用永磁同步电机驱动系统的高性能控制

针对电动汽车用永磁同步电机驱动系统的特点,以内置式永磁同步电机为控制对象,设计了以TC1797为主控芯片的硬件驱动系统。软件控制中采用最大转矩电流控制结合电压负反馈闭环的弱磁控制的方式,使得整个驱动系统起动转矩大、调速范围宽、功率密度和效率高。搭建电动汽车用永磁同步电机驱动系统进行测试验证。试验结果表明该驱动系统弱磁扩速倍数可达3.5;系统的峰值效率达到95%,系统效率85%的区域超过80%,验证了该控制技术的高效性和可行性。     

电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述

结合电动汽车应用,分析了适合弱磁运行的永磁同步电机的结构特点,并在永磁同步电机的数学模型基础上,介绍了应用于矢量控制技术中不同的弱磁控制方法。受车载电源电压的限制,在转折速度以上,电机转速的提升必须依靠弱磁控制。为实现电机的最优使用,通常将弱磁区分为弱磁I区和弱磁II区,提出了多种基于电机模型和鲁棒控制的方法。综合近年来有关弱磁控制研究的发展现状,分类整理了弱磁I区和弱磁II区的弱磁控制方法,指出了各种方法的优缺点。最后,对电动汽车控制系统的最优设计的发展趋势进行了展望。     

新型混合励磁同步电机分区控制系统分析与设计

混合励磁同步电机综合了永磁电机和电励磁电机的优点,具有显著的宽调速特征。该文根据混合励磁同步电机的结构特点,结合空间电压矢量控制,提出了混合励磁电机的一种宽调速控制新方法。该控制方法在分区控制的基础上,低速区结合电机铜耗最小原理,高速区保持反电势q轴分量恒定,对不同运行区域分别采用不同的控制策略,使电机在整个运行区间都能表现出良好的性能。由于在高速区采用了励磁电流和d轴电流弱磁相结合的方式,使用该类调速系统比现有文献单纯采用励磁电流弱磁调速具有更宽的调速范围。实验表明,所设计的混合励磁同步电机宽调速系统,在低速区增磁运行时,通过调节励磁可以将转矩输出能力提高约1/3;高速区弱磁运行时,可将最高转速提升约1.5倍。     

具有最大转矩电流比的IPMSM直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机(IPMSM)控制性能,将直接转矩控制(DTC)与最大转矩电流比(MTPA)控制相结合,提出一种具有MTPA的IPMSM DTC方法。该方法采用MTPA控制和多项式插值方法建立了定子磁链与电机输出转矩之间的关系,可根据电机不同运行工况,动态调整定子磁链给定值。实验结果表明,所提控制方法在保持DTC快速动态响应性能的同时,可有效降低定子电流幅值,减小功率损耗,提高驱动系统运行效率。     

高速动车组永磁同步电机牵引控制仿真研究

为研究永磁同步电机的电流运行轨迹,分析不同工况下动车组永磁同步电机的弱磁工作方式,首先分析了永磁同步电机的最大运行能力,规划电流轨迹;其次,在动车组变工况时,根据永磁同步电机交、直轴电流相平面关系,按最大转矩电流比控制解析式方程,确定最小稳定工作点,从而提高电机的运行效率,实现平滑过渡;最后,利用Simulink软件对永磁同步电机矢量控制系统进行仿真验证。