电动汽车混合励磁容错电机及其驱动控制研究

发布时间：2023-12-09 11:31

　　随着能源危机和环境污染的日益凸显,电动汽车作为有效解决方案受到越来越多的关注。电机及其驱动系统是电动汽车的关键部件,电机及其驱动系统的可靠和容错性直接关系到驾乘人员的生命安全。转子永磁型内嵌式永磁电机因具有高功率密度、高效率和宽调速范围的优点,在电动汽车中得到了广泛应用。因此,提高转子永磁型内嵌式永磁电机及其驱动系统的容错性能是电动汽车领域的研究热点。本文基于无刷谐波励磁技术,提出了一种五相无刷混合励磁容错(brushless fault-tolerant hybrid-excitation,BFTHE)电机。通过多相设计,在“V型”永磁电机中引入单层集中绕组,采用隔齿绕制的方式,实现了各相绕组的相间隔离,提高了电机的容错性能。通过气隙磁场的有效调节,满足了电动汽车对驱动电机宽调速的要求。五相BFTHE电机只存在径向磁场,无需电刷和和滑环,解决了现有的转子永磁型混合励磁电机无法同时实现电机结构简单与无刷化的问题,提高了电机的可靠性,并具有较强的容错性能,适合电动汽车的应用。电机驱动系统除电机本体外,控制器和传感器也是重要组成部分,每一部分的故障都将影响电机系统的正常工作,甚至导致整个系...

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    §1.1. 课题研究背景及意义
    §1.2. 混合励磁电机国内外研究现状
        §1.2.1. 定子永磁型混合励磁电机
        §1.2.2. 转子永磁型混合励磁电机
        §1.2.3. 谐波励磁型混合励磁电机
    §1.3. 混合励磁容错电机国内外研究现状
    §1.4. 多相电机容错控制策略研究现状
        §1.4.1. 多相电机控制策略
        §1.4.2. 容错控制策略
        §1.4.3. 无位置传感器控制技术
    §1.5. 混合励磁容错电机驱动系统研究难点
    §1.6. 本课题研究主要内容和论文结构
        §1.6.1. 课题研究主要内容
        §1.6.2. 论文结构
第2章 五相BFTHE电机设计
    §2.1. 五相BFTHE电机结构与运行原理
        §2.1.1. 五相BFTHE电机结构
        §2.1.2. 五相BFTHE电机运行原理
    §2.2. 电机的功率与尺寸方程
    §2.3. 容错设计
        §2.3.1. 极槽数的确定
        §2.3.2. 电枢绕组设计
        §2.3.3. 短路电流抑制设计
    §2.4. 永磁体设计
        §2.4.1. 永磁体材料的选择
        §2.4.2. 永磁体结构的确定
        §2.4.3. 永磁体尺寸选取
    §2.5. 结构优化设计
        §2.5.1. 不均匀气隙设计
        §2.5.2. 不等齿宽设计
    §2.6. 谐波励磁装置设计
        §2.6.1. 励磁绕组与谐波绕组结构
        §2.6.2. 励磁绕组匝数的选取
        §2.6.3. 谐波绕组匝数的选取
        §2.6.4. 整流器设计
    §2.7. 电机设计数据
    §2.8. 本章小结
第3章 五相BFTHE电机电磁特性分析及其试验
    §3.1. 电磁特性分析
        §3.1.1 磁密和磁场分布
        §3.1.2. 空载反电势
        §3.1.3. 转矩特性
        §3.1.4. 磁场调节性能
        §3.1.5. 效率
        §3.1.6. 容错性能
    §3.2. 试验验证
        §3.2.1. 空载反电势测试
        §3.2.2. 齿槽转矩测量
        §3.2.3. 磁场调节能力验证
        §3.2.4. 效率测试
        §3.2.5. 容错能力验证
    §3.3. 本章小结
第4章 五相BFTHE电机建模及直接转矩控制研究
    §4.1. 五相BFTHE电机的数学模型
        §4.1.1. 静止坐标系下的数学模型
        §4.1.2. 同步旋转坐标系下的数学模型
    §4.2. 五相BFTHE电机直接转矩控制
        §4.2.1. 基频以下运行工况
        §4.2.2. 基频以上运行工况
    §4.3. 基于MATLAB的五相BFTHE电机直接转矩控制仿真
        §4.3.1. 基频以下运行工况
        §4.3.2. 基频以上运行工况
    §4.4. 实验验证
        §4.4.1. 基频以下运行工况
        §4.4.2. 基频以上运行工况
    §4.5. 本章小结
第5章 五相BFTHE电机缺相无扰运行与容错控制研究
    §5.1. 五相BFTHE电机缺相无扰运行条件分析
    §5.2. 五相BFTHE电机缺相故障时容错控制策略
        §5.2.1. 基于SVPWM的缺相运行容错控制分析
        §5.2.2. 基于SVPWM的容错直接转矩控制系统
    §5.3. 仿真和实验
        §5.3.1. 仿真结果
        §5.3.2. 实验结果
    §5.4. 本章小结
第6章 五相BFTHE电机无位置传感器控制研究
    §6.1. 五相BFTHE电机中高速无位置传感器控制
        §6.1.1. 滑模变结构控制
        §6.1.2. 宽转速强鲁棒性滑模观测器
        §6.1.3. 中高速无位置传感器控制仿真研究
        §6.1.4. 中高速无位置传感器控制实验研究
    §6.2. 五相BFTHE电机零低速无位置传感器控制
        §6.2.1. 脉冲转矩注入法
        §6.2.2. 零低速无位置传感器控制仿真研究
        §6.2.3. 零低速无位置传感器控制实验研究
    §6.3. 五相BFTHE电机全速无位置传感器控制
        §6.3.1. 基于脉冲转矩注入和滑模观测器的无位置传感器复合控制技术
        §6.3.2. 全速无位置传感器控制仿真研究
        §6.3.3. 全速无位置传感器控制实验研究
    §6.4. 本章小结
第7章 五相BFTHE电机驱动控制系统软硬件设计
    §7.1. 五相BFTHE电机驱动系统结构与硬件设计
        §7.1.1. 基于dSPACE的电机驱动系统的控制
        §7.1.2. dSPACE的结构和特点
        §7.1.3. 主功率器件选择
        §7.1.4. 隔离驱动电路
        §7.1.5. 电流电压采样电路
        §7.1.6. 位置信号处理
    §7.2. 五相BFTHE电机驱动系统软件设计
    §7.3. 本章小结
第8章 总结与展望
    §8.1. 全文总结
    §8.2. 课题展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术成果
致谢



本文编号：3871487