鼠籠式永磁交流電機的分析、優(yōu)化與無傳感器控制.pdf

1、常見的永磁交流電機包括電網(wǎng)供電的自起動永磁同步電機、逆變器供電的永磁同步電機（變頻永磁無刷交流電機）與永磁無刷直流電機。本文主要研究鼠籠式永磁無刷直流電機和自起動永磁同步電機。
　　鼠籠式永磁無刷直流電機結(jié)合了永磁電機和異步電機的雙重特點。從電機本體結(jié)構(gòu)上看，這類電機轉(zhuǎn)子上安裝了鼠籠，因而該電機與傳統(tǒng)自起動永磁同步電機結(jié)構(gòu)類似，但是控制方式并不相同。該類電機具有良好的起動性能和較高的穩(wěn)態(tài)運行效率及功率密度。由于與自起動永磁同步電機

2、工作方式不同，鼠籠繞組對電機性能和控制策略的影響也不相同。因此研究該類電機的優(yōu)化設(shè)計以及控制規(guī)律具有較高的學(xué)術(shù)價值，值得深入研究。
　　本文簡單介紹了鼠籠式永磁無刷直流電機的工作原理，并介紹了高速電機的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了目前高速永磁電機研究方面取得的主要學(xué)術(shù)成果，針對鼠籠式高速永磁無刷直流電機研究具體展開了以下一些工作，取得了一些較有價值的成果:
　　首先，本文詳細整理了現(xiàn)有文獻關(guān)于自起動永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型，并且推導(dǎo)了鼠籠

3、式永磁無刷直流電機在定子坐標系下的數(shù)學(xué)模型;通過MATLAB軟件，編寫了鼠籠式永磁無刷直流電機的仿真模型。仿真模型從數(shù)學(xué)角度解釋了電機參數(shù)對電機運行性能的影響。相比有限元軟件，該仿真模型的分析時間大大縮短，為鼠籠式永磁無刷直流電機的優(yōu)化設(shè)計提供了較大的便利。
　　其次，以一臺中等功率高速永磁無刷直流電機為例，綜合考慮電機加工成本、加工工藝、電磁性能、機械強度等因素，給出了優(yōu)化設(shè)計方法與規(guī)律，完成了樣機的電磁設(shè)計方案和實物樣機加工，

4、開展實驗研究，驗證了設(shè)計方案的可行性。設(shè)計規(guī)律可以推廣應(yīng)用于中等功率高速永磁無刷直流電機的優(yōu)化設(shè)計。
　　再次，詳細分析了鼠籠繞組對永磁電機退磁性能的影響，找出了永磁電機永磁體局部不可逆退磁擴散的規(guī)律，從數(shù)學(xué)模型層面解釋了鼠籠繞組在提高永磁體抗退磁能力時發(fā)揮的作用。提出了四種有效提高永磁體抗退磁能力的優(yōu)化措施，以一臺自起動永磁同步電機為例，使用Ansoft有限元軟件分析了四種優(yōu)化措施對永磁體堵轉(zhuǎn)退磁的影響，最后制作了樣機，堵轉(zhuǎn)退磁

5、實驗數(shù)據(jù)與有限元仿真數(shù)據(jù)吻合。
　　最后，研究了鼠籠繞組對永磁電機磁鏈觀測器的影響，推導(dǎo)了在同步速坐標系下永磁電機磁鏈觀測原理。由于在同步速坐標系下，電機內(nèi)物理量的基頻分量均為直流量，而諧波分量為交流量，由于鼠籠繞組的電流為諧波電流，因此，通過簡單的一階低通濾波器可以將鼠籠電流對定子電流、磁鏈的影響濾除。而轉(zhuǎn)子的位置僅與轉(zhuǎn)子磁鏈的基頻分量有關(guān)，因此，使用同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的磁鏈觀測原理可以計算得到準確的轉(zhuǎn)子位置信息。通過對鼠籠式永磁