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合了永磁電機和異步電機的雙重特點。從電機本體結構上看，這類電機轉子上安裝了鼠籠，因而該電機與傳統(tǒng)自起動永磁同步電機結構類似，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)化設計以及控制規(guī)律具有較高的學術價值，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，總結了目前高速永磁電機研究方面取得的主要學術成果，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)有文獻關于自起動永磁同步電機的數(shù)學模型，并且推導了鼠籠

3、式永磁無刷直流電機在定子坐標系下的數(shù)學模型;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)化設計方法與規(guī)律，完成了樣機的電磁設計方案和實物樣機加工，

4、開展實驗研究，驗證了設計方案的可行性。設計規(guī)律可以推廣應用于中等功率高速永磁無刷直流電機的優(yōu)化設計。
　　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退磁的影響，最后制作了樣機，堵轉退磁

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。而轉子的位置僅與轉子磁鏈的基頻分量有關，因此，使用同步旋轉坐標系下的磁鏈觀測原理可以計算得到準確的轉子位置信息。通過對鼠籠式永磁