高性能永磁同步电机控制系统及其在变频空调中的应用研究.pdf

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1、江苏科技大学高性能永磁同步电机控制系统及其在变频空调中的应用研究学位类别全日制学术型研究方向电机控制学科、专业控制理论与控制工程研究生姓名谢荣义导师及职称何祖军教授2016年3月24日摘要随着科技的发展以及对汽车驱动能源应用的深入研究，电动汽车的发展进入了一个崭新的阶段。电动汽车的发展又推动着车载空调的变革，为了打破国外技术壁垒，国内一些企业和研究人员展开了对车载一体式电动压缩机的研究。本课题基于此背景展开，具有重要的理论价值和现实意义。永磁同步电机因其体积小、寿命长、噪音低、效率高等优点，非常适合应用于车载空调系统中。电动汽车空

2、调系统中能量供给为蓄电池，所以在有限的能量供给条件下，永磁同步电机的效率是电动汽车空调系统中的研究重点。本文选择矢量控制基础上的最大转矩电流比控制技术，该控制技术能有效提高永磁同步电机的运行效率，稳定性强，易于工程实现。并针对永磁同步电机因本体设计因素造成的反电动势畸变而引起的转矩脉动问题，采用了谐波注入的方法设计实验进行分析验证，通过减小转矩脉动，以减小波动、噪声等损耗，提高效率。在分析永磁同步电机结构之后建立了PMSM的电压与磁链模型、空间矢量模型、谐波模型。对PMSM系统损耗及效率进行分析，研究了提高PMSM效率的无传感器技

3、术、最大转矩电流比技术以及谐波注入技术。本文对MTPA控制技术重点进行研究，并在MATLAB/SIMULINK下搭建了仿真模型进行仿真研究，通过仿真验证了MTPA控制的有效性。本文设计了以STM32F103C6T6为控制核心的PMSM控制系统的软硬件设计。对系统的电源模块电路、功率模块电路、定子电流检测电路、光耦隔离电路等进行了详细的阐述，保证硬件系统的可靠性和稳定性。文章给出了永磁同步电机控制策略系统软件设计，对系统设计步骤和流程等方面进行了详细的描述，为实验研究奠定了基础。最后，本文搭建了永磁同步电机实验平台与空调系统实验平台

4、，对实验系统进行了大量的实验研究，详细分析验证了最大转矩电流比控制技术对永磁同步电机控制系统效率提高的效果，验证了谐波注入技术在减小永磁同步电机转矩脉动方面的有效性。关键词永磁同步电机；矢量控制；MTPA；谐波注入IAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandin-depthstudyofenergyapplicationdrivenonthecar,electricautomobile'sdevelopmenthasenteredanewstage.Thedevelopm

5、entofelectricvehiclesandpromotethereformofvehicleairconditioning,anddomesticenterprisesandresearchersbegantostudytheonboardintegratedelectriccompressortobreakforeigntechnicalbarriers.Thetopicisinthisbackground,whichhasimportanttheoryvalueandpracticalsignificance.Becau

6、seofitssmallsize,longservicelife,lownoise,highefficiency,permanentmagnetsynchronousmotorisverysuitableforair-conditioningsysteminthevehicle.Theenergysupplyofthecompressorintheairconditioningsystemisthebattery,sotheefficiencyofthepermanentmagnetsynchronousmotoristhekey

7、intheairconditioningsystemofelectricvehiclewiththeconditionoflimitedenergysupply.Inthispaper,themaximumtorquecurrentratiocontroltechnologybasedonvectorcontrolisselected,whichiseasyengineeringimplementationandcaneffectivelyimprovetheoperationefficiencyandstabilityofper

8、manentmagnetsynchronousmotor.TosolvetheproblemthattorqueripplecausedbytheantielectricdistortionduetothedesignofPMSM,themetho