可变磁通记忆电机弱磁控制技术研究

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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)以其高效率、高功率密度和高可靠性在工业、国防和航空航天等领域得到了广泛的应用。然而,传统永磁电机由于其气隙磁场不可调节,导致其调速范围有限。可变磁通记忆电机(Variable Flux Memory Machine,VFMM)使用低矫顽力永磁材料,其磁化强度可通过施加短时脉冲电流进行灵活在线调节。因此,VFMM相当于在传统PMSM的基础上增加了一个自由度,可进一步拓宽电机运行区域,并几乎无调磁损耗,可以实现全域高效运行。本文主要针对VFMM的弱磁控制技术进行研究,首先介绍了国内外记忆电机领域的研究进展,着重阐述了该类电机在控制方面中所面临的主要问题,包括永磁体磁化在线观测、调磁瞬态转矩波动抑制、电机整体运行范围拓展及全局效率优化等方面。本文结合记忆电机脉冲调磁的优点,提出了一种分段调磁控制策略,以电机转速作为调磁转折点,不同速度区间对应不同的最优磁化状态(Magnetization State,MS),在考虑各速度区间内直轴电流限幅前提下采用合适的驱动调磁控制策略。本文首先利用课题组的一台交流调磁型VFMM样机进行了静态调磁实验,测试电机的调磁区间以及磁化状态和脉冲电流之间的对应关系。实验结果表明,该样机可通过脉冲电流去磁实现两倍弱磁运行。搭建了MATLAB/Simulink模型,仿真分析了电机在i_d恒为0和弱磁控制两种模式下的转矩-转速曲线。仿真过程分别在电机处于最高和最低磁化状态两种情况下进行,结果表明在两种控制模式下,电机均可通过在转折点对永磁退磁以拓宽运行区域。最后采用数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)28335芯片,设计了电机驱动调磁控制硬件系统,编写了软件程序,搭建实验测试平台,测试了电机在不同磁化状态下的转矩-转速曲线,验证了电机的弱磁扩速特性,表明电机可通过脉冲调磁扩大运行区域。
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