内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究

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1、国内图书分类号：TM351国际图书分类号：621．3博士学位论文学校代码：10079密级：公开内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究博士研究生：导0F-申请学位：学科：所在学院：答辩日期：授予学位单位：王艾萌李和明教授工学博士电气工程电气与电子工程学院2010年6月华北电力大学、：F，自'．i4’J’·j“l々．h、^#Hy}ClassifiedIndex：硼M351U．D．C：621．3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringOptimalIPMMachineDesign

2、andCandidate：Flux-weakeningControlSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：School：DateofDefence：WangAimengProf．LiHemingDoctorofEngineeringElectricalEngineeringSchoolofElectricalandElectronicEngineeringJtme，2010Degree—-Conferring·—Institution：NorthChinaElectricP

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4、。一。钳、Lj，，{《ln^uj．p士=i明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文<内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究》，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。期：垫!垒：鱼：!f关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：①学校有权保管

5、、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：日期：■If▲Fl，，；●，月。一l

6、IJIl_'华北电力大学博士学位论文摘要中文摘要内置式永磁同步电机除了具有表贴式永磁同步电机高功率密度、高转矩密度和高效率外，还具有其独特的弱磁扩速能力，因此，在混合动力汽车、军工、航空航天等领

7、域得到越来越多的应用。本文针对内置式永磁同步电动机及弱磁控制存在的问题和研究热点，对电机的设计模型、考虑磁路交叉饱和的有限元模型、电机的优化设计、弱磁控制算法和控制系统分别进行了研究，力图使内置式永磁同步电动机损耗降低、转矩波动减小、效率提高、具有更高的弱磁扩速能力以及具有更好的控制性能。论文完成的主要工作和取得的成果如下：(1)提出了瞬态向量分析方法，建立了考虑磁路饱和及电压电流约束条件的内置式永磁电动机瞬态有限元模型。该模型可在内置式永磁同步电动机的恒转矩恒功率运行范围内准确计算最优电流控制角，实现输出最大转矩控制。(2)根

8、据牵引电机的性能要求，完成了55kWV字型永磁结构和7．5kW一字型永磁结构的内置式永磁同步电动机的优化设计，并进行了电感参数计算及弱磁控制性能分析；提出了一种具有宽调速范围的雨型内置式永磁转子结构，通过有限元分析计算表明该种结构电机单位输出转矩永磁体用量较少，齿槽和纹波转矩较小，具有优良的弱磁扩速能力和宽的恒功率速度范围。(3)分析了磁路饱和及交叉耦合对控制系统性能的影响，创建了考虑磁路饱和的内置式永磁同步电动机MATLAB仿真模型，完成了内置式永磁同步电动机参数饱和补偿的解耦控制系统仿真，仿真结果表明考虑饱和补偿的解耦控制有

9、效地拓宽了恒功率区的速度范围。(4)制作了一台7．5kW内置式永磁同步电动机样机，研究了内置式永磁电机参数测试方法，并对样机进行了参数和性能测试，测试结果表明该电机满足设计要求。关键词：内置式永磁同步电动机，磁路饱和，有限元分析，弱磁控制≯N凡’i，t5、．AbstractInteriorpermanentmagnet(IPM)motorarecapableofhighpowerdensity，highefficiencyandextremelywideconstantpoweroperatingrange，withthesec

10、haracteristicsithasbeenwidelyusedintractionapplications，militaryindustryandaerospace·Focusingonthedefaults&researchingemphasizesonI