發(fā)布時間：2020-08-27 21:31

【摘要】：電能的利用在現(xiàn)代社會不可或缺,對電能的高效利用是現(xiàn)代科技的重要研究方向之一。國內(nèi)外均不斷推崇并提高節(jié)能環(huán)保理念在人們心中的地位,政府在倡導(dǎo)節(jié)能減排的同時也制定了相關(guān)政策。尤其近年來,電動汽車的迅猛發(fā)展更是體現(xiàn)了人們對能源與環(huán)保的重視。電機作為能源消耗的關(guān)鍵組件之一,電機的效率提升有著極為重要的研究和實用價值。各種類型電機中,永磁同步電機(Permanent-Magnet Synchronous Motor,PMSM)在功率密度、效率、可靠性與可維護(hù)性等多方面有著難以替代的優(yōu)勢。永磁同步電機效率優(yōu)化策略大多針對電機銅損、電機銅損和鐵損及針對控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時輸入功率,但是電機運行與控制器密不可分,應(yīng)將電機及控制器作為整體研究其控制系統(tǒng)優(yōu)化策略。如何提高電機及控制器系統(tǒng)的總效率,對系統(tǒng)效率進(jìn)行動態(tài)尋優(yōu)控制,以實現(xiàn)系統(tǒng)效率最優(yōu)是本文研究的主要內(nèi)容。文章分析了現(xiàn)有的最大轉(zhuǎn)矩電流比(Maximum Torqueper Ampere,MTPA)控制策略、基于鐵損等效模型的電機最小損耗控制策略、最小輸入功率控制策略三類效率優(yōu)化策略的基本原理和實現(xiàn)方法,并定性分析了PMSM控制系統(tǒng)中各損耗的來源、死區(qū)效應(yīng)及其對效率的影響。分析結(jié)果表明:三類優(yōu)化策略主要針對與損耗相關(guān)的單一指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,在改指標(biāo)得到優(yōu)化時會影響系統(tǒng)整體效率,并不能實現(xiàn)系統(tǒng)整體效率最優(yōu)。針對該問題,提出了直接計算PMSM系統(tǒng)效率并對其進(jìn)行極大值尋優(yōu)的控制策略,結(jié)合矢量控制原理實現(xiàn)PMSM控制系統(tǒng)的能效最優(yōu)控制。為了提高計算效率,減小計算開銷,論文提出了將電壓矢量分布于三個扇區(qū)計算空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPMW)的計算方法,以簡化計算過程減少計算量。通過Matlab搭建仿真模型,對MTPA控制策略和論文提出的系統(tǒng)效率最優(yōu)控制策略進(jìn)行仿真驗證,對仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。仿真結(jié)果表明本文提出的系統(tǒng)效率最優(yōu)控制策略相比于MTPA控制策略效率有所提高;通過實物硬件對提出的控制策略進(jìn)行了實驗驗證,系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行,實際測量輸出功率約42W時,系統(tǒng)效率最優(yōu)控制策略相比于MTPA控制策略效率提高0.7%。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM341
【圖文】：

體材料多為鐵氧體、稀土鈷或銣鐵硼等。鐵氧體的矯頑力相對較弱，稀土鈷磁能積較大，有利于提高電機的功率密度，但是成本較高；銣積和矯頑力都比較可觀，已更為廣泛的應(yīng)用于各類永磁電機。PMSM 永磁體的排列方式主要分為兩大類：表面貼裝式、內(nèi)嵌式。表電機永磁體易于安裝，磁路對稱，電氣特性表現(xiàn)為直軸電感和交軸電等，磁阻轉(zhuǎn)矩很小，轉(zhuǎn)矩關(guān)于交軸電流的線性度好，控制策略直軸和閉環(huán)幾乎不存在耦合，控制簡單。由于永磁體貼裝于轉(zhuǎn)子表面，離心，且安裝緊固程度有限，電機峰值轉(zhuǎn)速及峰值轉(zhuǎn)矩均受到限制。內(nèi)嵌步電機(IPMSM)根據(jù)永磁體嵌入方式不同及充磁形式不同分為表面嵌入式、切向磁場內(nèi)嵌式。永磁體表面嵌入式特性接近表面貼裝式，其磁程度較低，固定方式較牢靠。永磁體內(nèi)埋式磁路不對稱程度較高，由離心半徑小且外部充分固定，可以做到很高的轉(zhuǎn)速。切向磁場內(nèi)置式磁通密度很高，磁能積很大，同等功率其效率更高，但其需要消耗的量更大，同等轉(zhuǎn)速需要控制器電壓等級更高，系統(tǒng)成本高。

程、磁鏈方程都是基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在研究 PM輸出電壓極限及電機能承受的電流極限，會在路。制造技術(shù)及工藝，電機的理論模型一般與實物數(shù)與模型做以下處理：通密度在氣隙中應(yīng)按照正弦分布，實際 PMSM限制、永磁體安裝工藝、轉(zhuǎn)子磁路的非均勻性存在諧波。在使用電機電壓電流及磁鏈方程時波；繞組電流較大時，電樞繞組發(fā)生磁飽和時，表電機模型計算時暫不考慮因電樞繞組磁飽和引組漏感及鐵心損耗、轉(zhuǎn)子阻尼損耗可通過參數(shù)究的數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)系如圖 2-2，其中三相坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以 d 軸與α軸對齊時為初始角度。

電流和電樞電流。由于電機三相中性點為引出，矢量控制原理中在脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)調(diào)制上普遍采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)。SVPWM 最顯著的優(yōu)點是電壓利用率較 SPWM 高約 15%，其中性點參考直流母線處于變化狀態(tài)。PMSM 控制器中，控制逆變橋通過 SVPWM 技術(shù)生成電壓幅值、頻率及相位完全可控的三相交流電壓。閉環(huán)策略可實現(xiàn)電流幅值、頻率及相位的完全控制。矢量控制原理如圖 2-3。

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本文編號：2806648