纯电动汽车新型内置式永磁同步电机设计与控制研究

【摘要】：随着能源问题的日益突出,环境污染越来越严重,全社会都在提倡绿色环保清洁能源,汽车行业也在朝着节能和环保的理念发展,特别是纯电动汽车作为最清洁的能源汽车是我国江南网页版登录入口官网下载 发展的主要方向。驱动电机及其控制策略是纯电动汽车的核心部分,并且要满足电动汽车的高效率,宽调速范围以及高过载能力的要求。因此,本文设计了一款新型驱动电机以及相应的控制方法来实现纯电动汽车的这些高性能。本文通过纯电动汽车各种类型的驱动电机性能的比较与分析,最后选择了高性能的内置式永磁同步电动机,然后介绍其结构特点和工作原理。由于传统内置式永磁同步电机的气隙磁密没有表贴式波形好,表贴式气隙磁密波形接近正弦波,而传统内置式的气隙磁密波形接近方波,因此本文设计了一款新型内置式永磁同步电机,采用梯形磁密波来逼近正弦波的方法,既能保证电机具有表贴式的磁密正弦波形,又使电机具有内置式的弱磁扩速性能。通过运用有限元分析法和电磁仿真软件Ansoft maxwell,把新型内置式永磁同步电机和表贴式、传统内置式永磁同步电机性能方面比较,其结果表明新型内置式永磁同步电机具有气隙磁密好,转矩波动小,效率高以及具有更高的弱磁扩速能力等优点。为了满足纯电动汽车在恒功率区具有较宽的速度范围,本文采用了基于电压反馈的弱磁控制策略,对弱磁控制策略中的PI调节环、电流解耦环以及弱磁环进行设计。最后通过Matlab/simulink进行仿真,结果验证了控制方法的正确性。采用TI公司TMS320F2812芯片搭建电机数字控制实验平台,设计相关软件并给出相应流程图。完成了电机样机测试,测试结果表明电机满足设计要求。 【关键词】：新型内置式永磁同步电机 有限元分析 弱磁控制 Matlab/simulink仿真
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外电动汽车研究现状10-11
• 1.2.2 国内电动汽车研究现状11-12
• 1.2.3 电动汽车用驱动电机的研究现状和类型比较12-14
• 1.3 电动汽车用永磁同步电机及其驱动控制系统的研究现状14-17
• 1.3.1 永磁同步电机的研究现状14-16
• 1.3.2 永磁同步电机驱动系统的控制策略研究现状16-17
• 1.3.3 弱磁控制的发展17
• 1.4 本文的工作内容17-19
• 第二章 电动汽车用永磁同步电机原理与建模19-33
• 2.1 永磁同步电机的结构与分类19-21
• 2.2 内置式永磁同步电机的结构与运行原理21-23
• 2.3 内置式永磁同步电动机数学模型23-29
• 2.3.1 旋转坐标系下永磁同步电动机模型23-26
• 2.3.2 旋转坐标系下的dq轴电感26-28
• 2.3.3 功率、转矩以及效率的计算28-29
• 2.4 内置式永磁同步电机定子绕组的选型29-31
• 2.4.1 分数槽绕组和整数槽绕组性能比较与选型29-30
• 2.4.2 单层绕组和双层绕组的比较与选择30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 内置式永磁同步电机参数设计与有限元分析33-47
• 3.1 内置式永磁同步电机的性能要求33-34
• 3.2 永磁转子结构方案的选取及参数选定原则34-37
• 3.3 新型内置式与典型内置式永磁同步电机的对比分析37-46
• 3.3.1 新型内置式永磁转子与典型内置永磁转子参数的选定37-39
• 3.3.2 电机定子选型39
• 3.3.3 新型内置式永磁同步电机与典型内置式永磁同步电机性能比较39-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 新型内置式永磁同步电机弱磁控制研究47-65
• 4.1 弱磁运行的约束条件47-50
• 4.2 弱磁控制工作区间的电流给定50-53
• 4.3 电机参数对弱磁性能的影响53-54
• 4.3.1 凸极率ξ与去磁系数ρ对电机扩速能力的影响53-54
• 4.3.2 反电动势的分析54
• 4.4 基于电压反馈的内置式永磁同步电机弱磁控制系统设计54-59
• 4.5 新型内置式永磁同步电机弱磁控制系统的仿真与分析59-62
• 4.6 本章小结62-65
• 第五章 新型内置式永磁同步电机测试和控制系统的实现65-77
• 5.1 新型内置式永磁同步电机参数测试65-67
• 5.2 新型内置式永磁同步电机控制系统硬件总方案的设计67
• 5.3 主电路设计67-68
• 5.4 控制电路68-71
• 5.4.1 控制芯片68-69
• 5.4.2 电流采样电路的设计69-70
• 5.4.3 转速采样和位置检测的电路设计70-71
• 5.5 控制电路的电源电路71-72
• 5.6 新型内置式永磁同步电动机的实验平台和测量72-73
• 5.7 软件实现73-76
• 5.7.1 DSP2812及开发环境73-74
• 5.7.2 主程序74-75
• 5.7.3 中断子程序设计75-76
• 5.8 本章小结76-77
• 第六章 全文总结与工作展望77-79
• 6.1 全文总结77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士研究生期间的学术成果84

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