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交流永磁电机的驱动策略对损耗影响的研究

作　者: 吕长朋
导　师: 邹继斌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 交流永磁电动机正弦波驱动方波驱动铁耗转子涡流损耗
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着计算机技术、电力电子技术和永磁材料制造工艺的发展以及新的控制方法的出现,交流永磁电机伺服技术近年来得到迅猛发展,并逐渐成为市场主流。损耗是交流永磁电机设计中一个非常重要的研究内容,目前国内外的研究人员开展了大量的针对交流永磁电机损耗的研究,但这种研究往往局限于某种驱动控制策略下某种具体损耗的研究。事实上,在不同的驱动控制策略下,交流永磁电机的损耗是不同的。本文构建了交流永磁电机的驱动控制器,研究分析了正弦波与方波驱动控制策略对电机损耗的影响。首先,建立了交流永磁电机在正弦波驱动与方波驱动下的数学模型,分析了正弦波矢量控制和方波驱动控制策略。设计了以TMS320F2812为控制核心、以IGBT为主的驱动电路的硬件实验平台。该平台具有通用的位置接口、232串行通讯、过流、过压、过温保护功能,可以数字或模拟给定。在控制软件上实现了PMSM的Id=0矢量控制和BLDC电机的方波控制、实现了电流和速度闭环控制。驱动控制器的构建为进一步研究驱动控制策略对交流永磁电机损耗的影响提供了基础。然后,应用有限元软件仿真分析了交流永磁电机在正弦波与方波驱动情况下,电流波形对绕组铜耗、定子铁心损耗、转子涡流损耗的影响,揭示出驱动方式和电流波形对各类损耗影响的规律,从损耗的角度比较了驱动方式对电机输出能力的影响,以及这种影响随着电机转速变化的规律。分析结果表明,当电机绕组为三相无中点星形连接、线电势为正弦波时,在同样的力矩输出情况下,方波驱动时电机本体的损耗较大。最后,对同一电机进行不同驱动方式的实验研究,测试了不同驱动控制策略对交流永磁电机的损耗的影响,反映出驱动控制策略对绕组铜耗、定子铁心损耗、转子涡流损耗的影响。实验结果反映了理论分析与计算结果的规律。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题的背景及选题意义  8-9
  1.2 国内外交流永磁电动机的发展现状  9-12
  1.3 国内外交流永磁电动机损耗的研究现状  12-13
  1.4 本文研究的主要内容  13-15
第2章交流永磁电动机驱动控制策略  15-24
  2.1 永磁同步电动机驱动控制策略  15-20
    2.1.1 PMSM 电机数学模型  15-17
    2.1.2 PMSM 的矢量控制原理  17-20
  2.2 无刷直流电机（BLDC）方波驱动控制策略  20-23
    2.2.1 BLDC 数学模型  20-21
    2.2.2 BLDC 方波驱动原理  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章交流永磁电动机驱动系统设计  24-39
  3.1 系统控制电路设计  24-26
  3.2 位置信号检测及处理  26-28
  3.3 驱动电路设计  28-33
    3.3.1 IGBT 驱动电路设计  28-30
    3.3.2 保护电路设计  30-31
    3.3.3 主电路及检测电路设计  31-33
  3.4 系统软件设计  33-38
    3.4.1 PMSM 电机SVPWM 驱动软件设计  33-36
    3.4.2 BLDC 电机方波驱动软件设计实现  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章交流永磁电动机损耗分析  39-58
  4.1 铁耗与转子涡流损耗的有限元计算  39-47
    4.1.1 交流永磁电机二维有限元模型  39-41
    4.1.2 铁耗有限元计算方法  41-43
    4.1.3 转子涡流损耗有限元计算方法  43-44
    4.1.4 不同驱动控制策略下损耗计算与分析  44-47
  4.2 铜耗计算与分析  47-49
    4.2.1 铜耗计算  48
    4.2.2 不同驱动控制策略对铜耗的影响  48-49
  4.3 实验研究  49-57
    4.3.1 空载实验  49-50
    4.3.2 不同驱动控制策略下损耗对比实验  50-57
  4.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-62
附录  62-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

交流永磁电机的驱动策略对损耗影响的研究

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