学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

永磁无刷直流电机弱磁技术研究

作　者: 严岚
导　师: 贺益康
学　校: 浙江大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁无刷直流电机永磁同步电机恒功率运行弱磁复合转子结构
分类号: TM351
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 2115次
引　用: 13次
阅　读: 论文下载

内容摘要

由于城市交通日益拥挤以及环境污染的日益严重,地铁、城市轻轨以及电动车辆近年来发展迅速,车辆电驱动技术也因而越来越引人瞩目。其中永磁电机以其功率密度高、无电刷等优点倍受关注。但由于永磁体激磁磁场不可调节,极大的限制了其在有恒功率、宽速度范围运行要求的车辆电驱动技术中的应用,但也引起了研究者的高度重视。近年来关于永磁同步电机的恒功率弱磁研究取得了长足进展,但较永磁同步电机具有更大功率密度的永磁无刷直流电机的弱磁研究还相当匮乏,亟待深入。本文正是在这样的背景下展开研究,并力图有所突破。本文对永磁无刷直流电机恒功率弱磁研究进行了较为全面的从仿真到实验、从理论到实践的深入研究,同时对传统面贴式永磁无刷直流电机和复合转子结构的永磁无刷直流电机进行了详尽地理论分析,系统地提出了关于复合转子结构永磁无刷直流电机一套较为完善的理论。本文首先从BLDCM的导通规律和绕组结构入手,真实模拟了传统面贴式永磁无刷直流电机弱磁调速的物理过程,并获得其在恒转矩和恒功率模式下的解析表达式。从而直观的反映了BLDCM的弱磁机理,获得了影响其恒功率速度范围的关键参数。借鉴复合转子结构在永磁同步电机恒功率弱磁中的成功运用,将这种结构引入永磁无刷直流电机中,并完成了两台不同磁阻形式和功率、电压等级的原型样机的研制。针对原有d、q轴法的局限性,提出了真实模拟永磁无刷直流电机导电方式的场路结合法实现对永磁无刷直流电机的弱磁分析。并以此为基础,详细对比分析了两种方法所表现出弱磁规律的区别,从而澄清了一些相关误区,发展了永磁无刷直流电机的弱磁研究的相关理论。在场路结合法分析的基础上,提出了磁阻段提高恒功率速度范围的真实原因,并进一步提出了采用永磁段、磁阻段双d轴错角以扩大转速范围的新思想,并在实践中验证了这种双轴空间错角技术的有效性。从而为复合转子结构永磁电机运行性能优化提供了新的可供选择的调节手段。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-33
  1．1 引言  10-11
  1．2 电动车辆驱动电机发展现状  11-18
    1．2．1 电动车辆驱动电机的要求  11-12
    1．2．2 常用牵引电机的特性分析  12-15
    1．2．3 电动车辆驱动电机的对比研究  15-18
  1．3 永磁无刷直流电动机(BLDCM)发展概况  18-22
    1．3．1 BLDCM的发展历史  18-20
    1．3．2 BLDCM的定义  20-22
  1．4 永磁无刷电机的弱磁技术及研究现状  22-28
    1．4．1 PMSM恒功率弱磁研究现状  22-26
    1．4．2 BLDCM恒功率弱磁研究现状  26-28
  1．5 本文主要研究内容  28-33
    1．5．1 研究背景  28-29
    1．5．2 技术路线  29
    1．5．3 研究内容  29-33
第二章永磁无刷直流电机恒功率弱磁机理的研究  33-64
  2．1 BLDCM工作原理  33-45
    2．1．1 BLDCM的换相过程  34-35
    2．1．2 BLDCM的反电势波形  35-41
    2．1．3 BLDCM的数学描述  41-43
    2．1．4 BLDCM的转矩特性  43-45
  2．2 面贴式 BLDCM弱磁调速的解析分析  45-55
    2．2．1 恒功率弱磁概念的提出  45-46
    2．2．2 BLDCM恒功率弱磁研究综述  46-47
    2．2．3 理想反电势波形下 BLDCM的转矩分析  47-55
  2．3 永磁同步电机恒功率弱磁原理  55-62
    2．3．1 PMSM的数学模型  56-58
    2．3．2 逆变器容量对 PMSM速度范围的限制  58-60
    2．3．3 复合转子结构提高 PMSM恒功率速度范围的机理  60-62
  2．4 复合转子结构 BLDCM  62
  2．5 本章小结  62-64
第三章弱磁用复合转子BLDCM电机本体设计研究  64-85
  3．1 基于 Rmxpert的 BLDCM永磁段设计  64-71
    3．1．1 BLDCM磁路设计及参数校核  65-67
    3．1．2 极弧系数对反电势波形的影响  67-69
    3．1．3 斜槽对齿槽转矩的影响  69-71
  3．2 磁阻段设计  71-80
    3．2．1 磁阻段结构形式的确定  71-73
    3．2．2 反电势、相电流、电压的基波分量  73-75
    3．2．3 BLDCM的交、直轴电感的求取  75-80
  3．3 基于d、q坐标法的BLDCM的结构优化研究  80-84
    3．3．1 交轴磁通路障转子结构设计  81
    3．3．2 ALA转子结构设计  81-84
  3．4 本章小结  84-85
第四章基于场路结合法的复合转子结构BLDCM磁场分析  85-112
  4．1 BLDCM研究方法概述  85-86
  4．2 BLDCM的状态空间方程描述  86-87
  4．3 基于MAXWELL 2D的准静态场有限元求解  87-97
    4．3．1 最小求解区间的确定  88-89
    4．3．2 有限元前处理分析  89-90
    4．3．3 有限元后处理分析  90-97
  4．4 基于状态空间方程的BLDCM转矩-转速特性研究  97-99
  4．5 电感参数对 BLDCM恒功率弱磁扩速范围的影响  99-102
  4．6 实验验证  102-103
  4．7 磁路饱和对电感参数的影响  103-106
  4．8 场路结合模型与基波模型预测的弱磁规律比较  106-108
    4．8．1 恒功率区转矩特性的比较  107
    4．8．2 电机外部运行条件对最大弱磁范围的影响  107-108
  4．9 复合转子对 BLDCM弱磁性能的影响  108-110
    4．9．1 恒功率区转矩特性的比较  108-109
    4．9．2 电机外部运行条件对最大弱磁范围的影响  109-110
  4．10 本章小结  110-112
第五章复合转子结构 BLDCM的双轴空间错角技术  112-133
  5．1 复合转子结构 PMSM永磁段与磁阻段位置关系  112-113
  5．2 复合转子结构 BLDCM双轴空间错角技术  113-116
  5．3 双轴空间错角复合转子 BLDCM的场路结合分析  116-124
    5．3．1 最小求解区间的获取  116-117
    5．3．2 斜槽对磁性能的影响  117-123
    5．3．3 计及斜槽、双轴错角时的 BLDCM恒功率区转矩-转速特性  123-124
  5．4 复合转子 BLDCM双轴错角的优化  124-131
    5．4．1 永磁段、磁阻段相磁链的一阶微分  124-126
    5．4．2 双轴错角对恒功率区转矩-转速特性的影响  126-131
  5．5 本章小结  131-133
第六章 BLDCM控制系统研究  133-153
  6．1 BLDCM控制系统与硬件实现  133-139
    6．1．1 系统基本结构  133-134
    6．1．2 功率驱动电路  134-135
    6．1．3 信号采集电路  135-137
    6．1．4 保护电路  137-139
  6．2 双模式运行的 BLDCM软件设计  139-152
    6．2．1 双模式控制软件的总体设计思想  139-140
    6．2．2 恒转矩模式的软件实现  140-146
    6．2．3 恒功率模式的软件实现  146-148
    6．2．4 恒转矩、恒功率工作模式的无障碍切换  148-152
  6．3 本章小结  152-153
第七章实验研究  153-167
  7．1 样机参数测定  153-158
    7．1．1 室温下相电阻  153
    7．1．2 相反电势波形  153-155
    7．1．3 自感与互感  155-158
  7．2 实验研究  158-165
    7．2．1 实验系统设计  158-159
    7．2．2 恒转矩工作模式的实验研究  159-162
    7．2．3 恒功率工作模式的实验研究  162-165
  7．3 本章小结  165-167
第八章结束语  167-170
攻读博士学位期间发表的论文  170-171
参考文献  171-186
致谢  186

永磁无刷直流电机弱磁技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文