混合励磁同步电机低速大力矩控制策略的研究.pdf

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1、第2期(总第183期)机械工程与自动化NO．22014年O4月MECHANICALENGINEERING&AUT()MATI()NApr．文章编号：1672-6413(2014)02-0136—03混合励磁同步电机低速大力矩控制策略的研究米冯杰，李优新，黎勉，王胜强，杨宾(广东工业大学．广东广州510006)摘要：根据混合励磁同步电机的特点．结合空间电压矢量控制算法，提出了一种在额定转速及以下时增大输出力矩的新型控制策略，同时对如何有效增磁以实现低速大力矩的控制算法进行了深入的研究。该控制思想是把电机控制分为常规力

2、矩区与动态增磁区，在不同的区域下采用不同的控制方法，使得电机在整个运行中能表现出良好的动态性能。实验结果表明，所提出的控制策略．能够有效实现电机在额定转速以下力矩大幅的增加，且电机运行稳定，动态性能良好。关键词：混合励磁同步电机；低速大力矩；电流分配器；控制策略中图分类号：TM341文献标识码：A0引言矩，则向HESM的励磁绕组中通人增磁励磁电流。电混合励磁同步电机(hybridexcitation机气隙中将产生与永磁磁通删方向相同的励磁磁通synchronousmotor，HESM)在结构、性能方面与永磁，，以达

3、到增加电机磁通的效果。电机磁通增加后，同步电机(PMSM)有相似之处，但其驱动与控制有其使得电机在不增加电枢电流的前提下增大了电机的输特殊性。东南大学黄明明博士给出了混合励磁同步电出力矩。机分区控制系统[1]。日本学者ShinjiShinnaka建立了一种基于通用坐标系的动态矢量控制模型及对隐极HESM提出了一种基于转子磁场定向的铜耗最小化矢量控制模型L2。]。广东工业大学的李优新博士提出了一种混合励磁无刷直流电机的控制策略[4]。本文针对一台额定功率为6kW的HESM，基于空间电压矢量(SectorVoltage

4、PwM，SVPWM)控制的思想，在传统的PMSM驱动器模型上加人了一个电流分配器，通过电流分配器合理分配电枢电流与励磁电流之间的关系，实现电枢电流与励磁电流之间的解耦，实现图lHESM内部结构示意图HESM驱动器的可靠稳定工作。1．3HESM的驱动系统模型1HESM的结构原理与驱动系统模型不失一般性，对于这台HESM，忽略HESM的电1．1HESM的结构枢电压、电流谐波分量等的影响，仍然采用q坐标系图1为HESM内部结构示意图，电机的定子与普来建立HESM驱动系统模型。根据SVPWM的控制通的PMSM定子相同。从电

5、机的电磁关系来看，原理，可得到HESM的控制系统模型，如图3所示。HESM与PMSM相比，结构上多了励磁绕组[5]。HESM驱动系统的主要功能模块与传统的PMSM驱1．2调磁机理动系统相比，主要是控制对象不同并且多了3个模块，当不加励磁电流时，励磁绕组不产生励磁磁势，则分别是励磁电流脉宽调制信号、励磁驱动及电流分配电机气隙中只有永磁磁通，此时的HESM就相当于一器。其中的电流分配器是最为关键的一部分，它是被台PMSM。如图2所示，当负载力矩超过电机额定力用来合理分配电枢电流与励磁电流之间关系的，以保广东省重大科技专

6、项计划项目(2011AA080402010)收稿日期：2013—08—26；修回日期；2013—10—18作者简介；冯杰(1988一)，男，江西九江人，在读硕士研究生，研究方向：新能源电动汽车电机驱动控制2014年第2期冯杰，等：混合励磁同步电机低速大力矩控制策略的研究·l37·证HESM的稳定与可靠运行。可以采用传统的PMSM控制策略；当负载在额定力矩HESM电流分配器的结构框图如图4所示，以上时，保持HESM原有电枢电流值不变，调节HESM驱动器通过电流分配器调节q轴电流参考值HESM的励磁电流i，，从而增加励

7、磁磁通使得HESM与励磁电流参考值。由于采用J一0的矢量控的输出力矩与负载力矩之间的动态平衡，在不增加电制，所以d轴电流参考值在驱动系统中直接赋为枢电流的前提下实现HESM的低速大力矩的特性。零值。通过电机旋转角速度、驱动器的母线电压2．2低速大力矩控制算法U出两变量来选择控制区域。当负载力矩没有超过电下面来推导HESM在动态增磁区时，电枢电流与机的额定力矩时，电机运行在常规力矩区，此时的驱动励磁电流的基本关系。设为电机的输出力矩：器就相当于一台PMSM驱动器。当负载力矩大于电T一号户。(q-L~fil)．(1)机

8、额定力矩时，电机进人动态增磁区，HESM驱动器通过增加以达到增大电机输出力矩的目的。驱动其中：P为极对数；。为q轴电流；为永磁磁链；L为电枢绕组与励磁绕组之间的互感；i，为励磁电流的系统通过一个旋转编码器获得电机的，与电角度0；瞬时值。设为电机在不加励磁电流情况下的额定电机转速参考值由驱动器给定；T，为电机参考输输出力矩，则：出力矩。TeN===昔。却．(2