高速永磁同步電機(jī)（High-speed Permanent Magnet Synchronous Motor,HSPMSM）具有轉(zhuǎn)速高、功率密度高和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等顯著優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在機(jī)床主軸、空氣壓縮機(jī)、真空泵、分布式發(fā)電和飛輪儲(chǔ)能等領(lǐng)域。本文以高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,針對(duì)電流諧波產(chǎn)生因素復(fù)雜、高頻損耗含量計(jì)算困難、兼顧動(dòng)態(tài)性能時(shí)的抑制算法研究困難以及專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題,分別開(kāi)展高速永磁同步電機(jī)電氣參數(shù)變化規(guī)律、時(shí)間/空間電流諧波影響因素及變化規(guī)律、電流諧波對(duì)高頻損耗的影響規(guī)律、模型預(yù)測(cè)電流諧波抑制算法以及專(zhuān)用數(shù)字驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)的研究。首先,本文利用高速永磁同步電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則獲得了高速永磁同步電機(jī)機(jī)電參數(shù)的變化規(guī)律,并針對(duì)機(jī)電參數(shù)對(duì)瞬態(tài)電流諧波以及控制系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行分析,獲得適用于高速PMSM的系統(tǒng)綜合分析判定方法。其次,為實(shí)現(xiàn)高速永磁同步電機(jī)電流諧波影響因素的精確定量分析,需要對(duì)高速PMSM控制系統(tǒng)模型的精確仿真建模技術(shù)進(jìn)行研究。本文提出一種考慮控制系統(tǒng)軟件離散化、電流環(huán)/速度環(huán)分頻的精確控制系統(tǒng)仿真模型建模方法,對(duì)比分析實(shí)際電機(jī)模型、理想電機(jī)模... 

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高速永磁電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的范圍Fig.1-1Powerandspeedrangeofhigh-speedpermanentmagnetmotor

第1章緒論-7-a）采用Z源變換器調(diào)節(jié)電壓b）采用Buck-Boost電路調(diào)節(jié)電壓圖1-5母線(xiàn)電壓可調(diào)兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1-5two-leveltopologywithadjustableDCbusvoltage2)電流源型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電流源逆變器[75-77]是一種適用于高速永磁同步電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的電壓源逆變器是通過(guò)控制電壓波形來(lái)間接控制電流，電流源逆變器能夠?qū)﹄娏鞑ㄐ沃苯舆M(jìn)行控制，輸出期望電機(jī)工作電流，只需要保證其直流母線(xiàn)電流幅值為繞組電流幅值即可。電流源逆變器適用于三相對(duì)稱(chēng)電流控制，典型的三相電流源逆變電路只能工作在三邏輯下，即任意時(shí)刻在兩相繞組中的電流幅值相同、電流方向相反，另一相中電流幅值為零，特別是適用于無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。由于有直流母線(xiàn)電感續(xù)流的作用，其開(kāi)關(guān)頻率與電壓型逆變器相比較低，因此處理器的運(yùn)算性能能夠滿(mǎn)足其計(jì)算需求，但是由于直流母線(xiàn)電感的存在以及較低的開(kāi)關(guān)頻率，其動(dòng)態(tài)特性也相對(duì)較慢。3)采用碳化硅器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)碳化硅材料[79-83]本身具有寬禁帶、高擊穿電嘗高熱導(dǎo)率、高電子遷移率以及抗輻射等特點(diǎn)，因此碳化硅功率器件相比于硅基器件在高頻、高溫、高壓、高功率應(yīng)用場(chǎng)合具有顯著的優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái)，隨著碳化硅器件加工工藝的不斷成熟，其在電力電子裝置中的應(yīng)用越來(lái)越多。采用碳化硅替代傳統(tǒng)硅器件能夠顯著提高逆變器的開(kāi)關(guān)頻率、縮短死區(qū)時(shí)間，進(jìn)而減少電流諧波，大大降低了逆變器的輸出電抗器；此外，由于碳化硅器件的導(dǎo)通電阻小，導(dǎo)通損耗低，并且器件本身能夠承受更高的工作溫度，大大降低了散熱組件的體積和重量，有利于高開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)，因此在高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。碳化硅器件的開(kāi)通關(guān)斷速度快、導(dǎo)通閾值電壓低、元件參數(shù)孝開(kāi)通關(guān)斷過(guò)程中所產(chǎn)生的振蕩電壓更加容易造成橋

第1章緒論-9-制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電流諧波的有效抑制，常見(jiàn)的方法有多PI調(diào)節(jié)器[97]、PR控制器(比例諧振控制器)[98]等方法，其典型控制框圖如圖1-6所示。文獻(xiàn)[99]中作者提出一種基于細(xì)菌覓食優(yōu)化的新型魯棒性高速永磁同步電機(jī)控制方法，并且采用一種自適應(yīng)弱磁調(diào)速控制策略，其能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)智能調(diào)節(jié)從而提供優(yōu)異的PI調(diào)節(jié)參數(shù)。通過(guò)采用開(kāi)關(guān)方式對(duì)特定電流諧波進(jìn)行消除，降低電機(jī)電流諧波，并且開(kāi)關(guān)頻率可進(jìn)行平滑切換，降低控制系統(tǒng)對(duì)于功率器件的要求。a)多個(gè)PI控制b)PD控制圖1-6閉環(huán)電流諧波抑制方法Fig.1-6Thediagramoftheclosedloopcurrentharmonicsuppressionmethod除此之外，研究人員還提出了考慮損耗模型的電機(jī)控制算法。文獻(xiàn)[100]采用考慮鐵損模型的超高速無(wú)傳感器算法，拓寬了電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速區(qū)域，文獻(xiàn)[101]采用了卡爾曼濾波器對(duì)鐵損進(jìn)行觀(guān)測(cè)，通過(guò)基于鐵耗在線(xiàn)計(jì)算的最小損耗預(yù)測(cè)電流控制方法來(lái)抑制損耗，進(jìn)而提高了電機(jī)效率。

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本文編號(hào)：3575970