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Mr-2004-华 强-永磁无刷直流电机恒功率弱磁控制研究
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浙江大学
硕士学位论文
永磁无刷直流电机恒功率弱磁控制研究
姓名:华强
申请学位级别:硕士
专业:电机与电器
指导教师:贺益康
20040301
浙江大学硕士学位论文
摘 要
Y
581222
永磁无刷直流电动机体积小,功率密度高,控制性能好,效率很高,在工业、
车辆、家电、计算机及军事等诸多领域得到广泛应用,尤其在电动车应用领域倍
受青睐,是当前电动车电动机研发的热点。可以预见,随着永磁材料和电力电子
器件的价格的进一步降低,以及无刷直流电机驱动的理论研究和实践应用的不断
完善和提高,永磁无刷直流电机及其控制系统将在很多场合有广泛的应用前景。
本文通过大量的文献资料阅读,在对永磁无刷直流电机的发展和现状有了一
个整体了解的基础上,针对复合式转子结构永磁无刷直流电机研制了一套弱磁恒
功率控制系统,提出一种“双模控制”的控制策略,成功的实现了基速以下恒转
矩控制,基速以上弱磁恒功率控制。
本文的主要内容包括:首先介绍了永磁无刷直流电机的应用现状和基本原
理,以及永磁无刷直流电机弱磁恒功率控制运行机理和难点;其次,对采用复合
式永磁无刷直流电机本体的弱磁控制,详述了其本体结构和接套控制系统,给出
了硬件电路和软件编程,提出了相关控制策略;最后,系统成功运行,获得了相
关实验数据和波形,验证了控制策略和系统设计的正确性。
关键词:
永磁无刷直流电机,
弱磁,
复合式转子,双模控制
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浙江大学硕士学位论文
第一章
绪论
第一节车辆电驱动及其驱动电机的发展概况
1.1.1
车辆电驱动的兴起和发展
在二十一世纪即将来临的今天,汽车工业已经成为主要发达国家的支柱产
业,据预测,汽车将向小型化、轻型化、环保化方向发展。目前,已有许多发达
国家把电动汽车列为主要攻克的目标。如美国、法国、德国、同本、意大利等各
大汽车集团公司都争相研制开发电动汽车,而且,以上各国政府纷纷颁布法规加
以提倡。我国从1991年起,已将电动汽车的研制开发列入“八五”重点科技攻
近年来,我国正在不断地开发一些高技术、高标准的电动汽车及其系统,如电动
大客车、微型客车、电动轻型客车、中型电动小客车等,在感应电机控制器研制
方面取得了显著进展,在研制开发电动车用镍氢动力电池方面成效显著。
电动车的发展不是一朝一夕的事情,想在短时间内用电动车来替代汽油车
是不可能的,但是电动车的发展是必然的。高效、节能、低噪声、无污染、零排
放的新型电动车,是电力电子、特种电机、高效电池、环保技术及整车研制等技
术的综合,属于高新技术产品,它不仅可能改善关项目,而到1996年,科技部
更把其列为“九五”及跨世纪国家重大科技产业工程。城市环境,减少污染,而
且能给人们带来不可估量的巨大变化,给人们带来财富和幸福。但汽车工业发展
有两个不利因素:一是使石油资源过度消耗;二是严重地污染人们生存的自然环
境。众所周知,汽车的排放污染是当今大气最大的污染源,已成为全球性的公害
之一。随着汽车数量的不断增加,大气中的有物质会逐渐增加,特别是汽车排放
成为一种难以控制的流动污染源。当前我国经济发展态势迅猛,汽车年产量和拥
有量也在迅速发展,据悉,中国环境污染居世界首位。因此,发展电动车是势在
必行的。
浙江大学硕士学位论文
1.1.2电动车驱动电机及其控制技术综述
电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具,不仅在能源、环境方面有
其独特的优越性和竞争力,而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体
化的目标,因而具有广阔的发展前景。现有电动车大致可以分为以下几个主要部
分:蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系
统为电动车提供所需的动力,负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动
系统,均具有基本相同的结构,都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、
机械传动子系统三部分,其中电气驱动子系统是电动车的心脏,主要包括电动机、
功率电子元器件及控制部分。其中,电动车驱动系统均具有相同或相似的功能,
电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大。评价电动车的电
气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正
在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、
开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统,其总体比较如表1.1
所示。
电动机类型
比较内容
直流电动
感应电动机
机
控制方式
差
电
大小、质量
差
动
高速运转能力差
机
维修性
差
效率
差
优
一般
少
一般
优(笼形转子)
优
优
一般
永磁无刷
电动机
优
优
一般
一般
优
一般
一般
优 优
多
多
开关磁阻
电动机
优
一般
优
优
优
一般
一般
较多
综合评价
差
一般(坚固)
优(高效)较优
表1.1
电动车电气驱动系统用电动机比较表
下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。
量
数
质
件
、性元
寸制率
尺控功
控制装置
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