探索定子双馈双凸极永磁电机及其控制系统研究

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1、上海大学博士学位论文定子双馈双凸极永磁电机及其控制系统研究姓名：李永斌申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：江建中20040601上海大学博士学位论文摘要双凸极永磁电机是开关磁阻电机和永磁无刷直流电机的有机结合体，它具有高效、高功率密度以及结构简单等显著特点，因此得到电工界的普遍关注．然而与其他永磁电机一样，气隙磁场的有效调节也是双凸极永磁电机的研究难点．对此，近年来国内外已经提出了一些控莉双凸极永磁电机磁场大小的方法，如机械分磁、分裂绕组以及复合励磁等，本论文就一种新型可控磁场定子双馈双凸极永磁

2、电机的设计、分析及其控制系统进行了全面研究．第一，提出了一种新型结构形式的定予双馈双凸极永磁电机(DFDSPM)，与现有的双凸极永磁电机不同，DFDSPM电机在定子永磁体的旁侧，还增加了辅助气隙和直流磁磁绕组，通过合理设计辅助气隙磁阻，可以达到用较小的直流励磁磁势实现较大范围主磁通调节的目的．该结构设计新颖、构思独特，励磁损耗低，调磁效果显著，具有创新性，已经申请了专利．第二，建立了DFDSPM电机的等效磁路模型，阐述了该电机的工作原理，确定了辅助气隙长度，直流励磁磁势与磁通调节范围三者之闻的相互关系；分斯了极

3、弧系数、转子斜极等对双凸极永磁电机自定位转矩和挟流方式的影响，提出了双凸极永磁电机等极弧半齿宽斜极转子设计和六状态换流模式；同时，针对DFDSPM磁路特点，设计了永磁体侧面嵌入式分块组台定子结构．在此基础上，制作了两台不同转子结构形式的DFDSPM样机，一台为直极转子，一台为斜极转子．第三，应用二维电磁场有限元法分析了样机在不同工况下的的磁场分布情况，计算了绕组磁链、感应电动势、绕组电感和电磁转矩等DFDSPM样机的参数和静态特性；并应用多截面法，分析了斜极转子样机的静态特性，样机的试验结果与有限元计算结果吻合

4、，进一步验证了设计思想的正确性；第四，建立了DFDSPM电机的非线性动态数学模型，开发了基于SimuLink仿真平台的DFDSPM电机系统数字仿真模型，分析了不同换流模式和不同供电方式下样机的稳态和动态运行特性，验证了双凸极永磁电机采用斜极转子设计、六状态全桥控制方式等在减小转矩脉动、简化控制参数等方面的作用．第五，阐述了DFDSPM电机励磁绕组控制在车用永磁发电机恒压控制方面的显著优点，分析了励磁绕组采用单边PWM调制控制时的励磁电流以及影响电流脉动的上海大学博士学位论文主要因素；设计了基于ADMCF34X的

5、DFDSPM电机DSP数字控制系统，说明了基于转子位置信号的数字鉴频锁相转速闭环控制设计愿理，分析了给定电流闭环控制在减小转矩脉动中的作用；最后，进行了直极转子DFT)SPM发电机恒压调节特性，以及斜极转子DFDSPM电动机机械特性，调速特性和闭环控制特性的试验研究，样机的各项试验结果与设计吻合，不仅验证了设计的准确性，而且证明了DFDSPM电机具有优良的磁通调节特性．关键词：定子双馈，双凸极永磁电机，辅助气隙，调磁，换流模式．1I一上海大学博士学位论文AbstractDoubly-salientpermane

6、ntmagnetmachines∞SPMs)，whicharethecombinationsofswitchedreluctancemachinesandpermanentmagnet(P~DbrushlessDCmachines，arebecomingmoreandmoreattractiveinelectricalengineeringbecauseoftheirdistinctfeatures，suchashi睁cfficiency，highpowerdensityandsimplestructure，e

7、ta1．However，similartoothertypesofPMhrushlessmachines．themgul砒ionofairgapfluxisaresearchpuzzle，asthePMexcitationisdifficulttorealizefield-weakeningcontr01．Tomeetthisrequirement,somemethodswereproposed．mrecentyears，suchasfluxweakeningbyusingmechanicalactuators

8、，splitwindingsandhyb衄excitation，eta1．Thisthesispresentsthedesign，analysisandcontrolofanovelstatordoubly—fedDSPM(DFDSPM)withtruefieldcontrollable．Firstly,anewDSPMconfiguration，namely．doubt-fedsta