双凸极永磁电机dspm的研究

双凸极永磁电机dspm的研究

0双凸极永磁同步电机自90年代中期以来，随着电气工程电子技术、微电子技术和计算机科学的进步，以及新型磁强材料的出现，双凸极永兴同步电机的独特结构和良好的电气性能吸引了越来越多的关注和研究，成为电气工程领域的一个独特研究方向。论文主要研究在Matlab/Simulink软件环境下对双凸极永磁电机建模和仿真,为理论分析和设计DSPM调速系统提供了一种有效的实验方法。1dspm电机的工作原理图1为定子永磁型8/6极DSPM电机剖面图。DSPM电机结构与开关磁阻电机很相似,定、转子均为以凸极结构,定、转子铁芯均由硅钢片叠压而成,但是在定子轭部嵌入了永磁体。定子上有集中绕组,转子上没有绕组。定转子极数不相等,为避免单边磁拉力,径向是对称的,所以定转子齿数为偶数。它们极数组合可以是6/4极,8/6极,12/8极或其它合理组合。DSPM电机基本工作原理可用图2加以说明,当磁链增大时,在绕组中通入正电流;当磁链减小时,在绕组中通入负电流,从而在整个通电周期内始终可以产生正转矩(这是与开关磁阻电机的主要区别之一)。2重组磁链、永磁磁链和自感DSPM电机的动态数学模型由电压方程、转矩方程及机械运动方程组成。up=Rpip+e=Rpip+dΨpdt=Rpip+Lpdipdtω+ipdLPdθω+dΨpmpdθω(2−1)up=Rpip+e=Rpip+dΨpdt=Rpip+Lpdipdtω+ipdLΡdθω+dΨpmpdθω(2-1)Tep=12i2p∂Lp∂θ+ip∂Ψpmp∂θ(2−2)Te=Jdωdt+Bω+Tl(2−3)Τep=12ip2∂Lp∂θ+ip∂Ψpmp∂θ(2-2)Τe=Jdωdt+Bω+Τl(2-3)ω=dθdtω=dθdt(2-4)式中,up,Rp,ip,e分别为定子P相绕组(P对应A、B、C、D四相)外加电压、内阻、电流和反电动势;Ψp、Ψpmp、Lp分别为定子P相绕组合成磁链、永磁磁链和绕组自感;J、B、Tl分别为系统转动惯量、摩擦系数和负载转矩。3电机非线性教学模型的建立DSPM调速系统由电机本体,功率变换器、控制电路以及驱动电路等几大部分组成,如图3所示。电机本体由4相独立的模块构成,由于电机结构对称,各相只是存在相位差,所以只需分析其中的一相,下面以A相为例加以说明。为简化分析,假设电源电压不变;电机各相参数对称,忽略相绕组互感,只考虑自感;忽略铁心磁滞和涡流效应。由公式(2-1)得:Lpdipdt=up−(Rpip+ipdLpdθω+dΨpmpdθω)Lpdipdt=up-(Rpip+ipdLpdθω+dΨpmpdθω)(3-1)电机非线性电感和磁链特性的实现是建模和仿真的关键,电感特性的准确与否很大程度上决定了仿真的准确性。由于双凸极结构以及磁路饱和效应的影响,电机参数如电感、永磁磁链等都不是常数,不仅与转子位置有关,而且是绕组电流的函数,无法用解析式准确表达。本文将在有限元分析软件Ansys中计算得到一个周期内部分点的电感和磁链数据,利用simulink中的look-uptable模块插值实现式(3-1)中所需要的一个周期所有角度对应的电感和磁链值。由式(3-1)、(2-2),利用simulink中的数学函数以及自定义的函数function,搭建A相绕组子模型,如图4所示。相应的可以构建出电机其它相绕组的子模型,从而组合成电机本体模型。按照图3所示双凸极永磁电机调速系统结构,再构建系统功率变换模型、位置信号处理模型和速度PI调节模型,联合电机本体模型,完成了DSPM电机调速系统模型构架,如图6所示。4稳态运行仿真用所建调速系统模型对8/6极DSPM进行仿真。仿真对象的基本参数为:额定功率为750W,定子相绕组电阻R=2.7Ω,系统转动惯量J=0.023kg·m2,摩擦系数B=0.004N·s/rad,直流供电电压Us=200V,稳态转速为1000r/min,并优化PI模型参数Kp=0.15,Ki=0.012,对电机在稳态运行、动态启动、负载突变等情况下分别进行仿真。稳态运行下4相电流如图7所示。由于四相绕组电流依次相差15°机械角,从而A与C反相,B与D反相。系统在空载启动时,经过0.18秒,对应的电机A相电流、转矩及电机各相合成转矩和转速波形如8所示。可以看出,由于参考电流的限幅作用,相流没有迅速上升(电流过大会引起功率变化器IGBT损坏)。且系统基本没有超调,响应速度很快。进入稳态后,负载由1N·m突变为4N·m,得到A相电流和转速波形,如图9所示。由图示波形可见,当负载突变后,通过PI调节系统能迅速地调整稳定下来,误差较小,抗干扰性能好。5闭环系统传动在介绍双凸极永磁电机工作原理基础上,应用Matlab/Simulink软