永磁辅助同步磁阻电机设计与应用

第1章 绪论 1

1.1 永磁辅助同步磁阻电机的发展历程 1

1.2 永磁辅助同步磁阻电机的研究现状 4

第2章 永磁辅助同步磁阻电机的参数及特性 11

2.1 电机基本结构及运行原理 11

2.2 电机的磁路模型 13

2.2.1 空载磁路模型 13

2.2.2 交轴磁路模型 16

2.2.3 直轴磁路模型 17

2.3 电感参数的仿真与测试 18

2.3.1 d、q轴电感参数的仿真计算 18

2.3.2 d、q轴电感参数的测试 19

2.3.3 磁路饱和对d、q轴电感的影响 21

2.4 电机结构对参数及性能的影响 23

2.4.1 永磁体层数对参数的影响 23

2.4.2 气隙对电感参数的影响 26

2.4.3 绕组形式对电机参数的影响 27

2.4.4 永磁含有率对参数的影响 28

2.4.5 永磁体用量对电机参数及性能的影响 29

2.4.6 永磁体剩磁对电机参数及性能的影响 32

2.5 电机参数对输出转矩及功率的影响 34

2.5.1 最小直轴磁链对输出特性的影响 34

2.5.2 凸极比对输出特性的影响 35

第3章 永磁辅助同步磁阻电机的充磁及抗退磁 42

3.1 充磁的基本原理 42

3.1.1 永磁体磁化原理 42

3.1.2 充磁磁场产生方式 43

3.1.3 电机充磁工艺 45

3.2 永磁辅助同步磁阻电机的充磁问题 46

3.2.1 转子充磁受力分析 46

3.2.2 减小转子充磁偏转转矩的方法 48

3.3 退磁的基本原理 49

3.3.1 磁滞回线及退磁曲线 49

3.3.2 回复线 50

3.3.3 内禀退磁曲线 51

3.4 退磁磁路模型 51

3.5 电机结构对抗退磁的影响 53

3.5.1 永磁体层数对抗退磁的影响 53

3.5.2 充磁方向对抗退磁的影响 55

3.5.3 永磁体厚度对抗退磁的影响 58

3.5.4 极弧系数对抗退磁的影响 61

3.5.5 永磁体沉入深度对抗退磁的影响 62

3.5.6 隔磁桥厚度对抗退磁的影响 63

3.5.7 绕组形式对抗退磁的影响 65

3.5.8 定子裂比对抗退磁的影响 66

3.5.9 极对数对抗退磁的影响 67

3.5.10 各层永磁体抗退磁一致性改善的示例 69

第4章 永磁辅助同步磁阻电机振动和噪声 71

4.1 噪声的一般概念及噪声源 71

4.1.1 振动、声波、噪声 71

4.1.2 电机的噪声源 74

4.2 永磁辅助同步磁阻电机电磁振动和噪声产生原理 75

4.2.1 能量传递过程 75

4.2.2 定子固有振动特性 76

4.2.3 定、转子磁动势和气隙磁导 78

4.2.4 电磁力解析表达式 80

4.2.5 电机电磁力及振动和噪声仿真分析 84

4.2.6 转矩脉动对电机振动和噪声的影响 86

4.2.7 变频器供电对电机噪声的影响 89

4.2.8 偏心对电机振动和噪声的影响 92

4.2.9 磁饱和、磁致伸缩等对电机振动和噪声的影响 96

4.3 永磁辅助同步磁阻电机振动和噪声抑制技术 97

4.3.1 整数槽绕组与分数槽绕组的选择 97

4.3.2 定子齿靴切边设计 100

4.3.3 永磁体槽不对称设计 101

4.3.4 极弧优化和磁极削角 102

4.3.5 变频器降噪控制技术 107

4.3.6 其他电机本体降噪技术 111

4.4 机械和空气动力源的振动和噪声 114

4.4.1 机械噪声 114

4.4.2 空气动力噪声 116

第5章 永磁辅助同步磁阻电机的驱动控制 118

5.1 矢量控制 118

5.1.1 坐标变换 118

5.1.2 数学模型 120

5.1.3 电压空间矢量调制技术 121

5.2 永磁辅助同步磁阻电机电流控制策略 124

5.2.1 单位功率因数控制 124

5.2.2 MTPA控制 125

5.2.3 最大效率控制 127

5.3 永磁辅助同步磁阻电机弱磁控制技术 130

5.3.1 电压极限圆和电流极限圆 130

5.3.2 弱磁控制原理 133

5.3.3 弱磁控制方法 134

5.3.4 弱磁效果分析 138

5.4 永磁辅助同步磁阻电机无传感器控制技术 140

5.4.1 基于电机数学模型的开环估计法 140

5.4.2 模型参考自适应 141

5.4.3 滑模观测器 146

5.4.4 扩展卡尔曼滤波器 148

5.4.5 旋转高频电压注入法 149

5.4.6 脉振高频电压注入法 151

5.4.7 PWM载波成分法 154

5.5 永磁辅助同步磁阻电机参数自整定策略 155

5.5.1 永磁辅助同步磁阻电机控制环路设计 155

5.5.2 永磁辅助同步磁阻电机参数辨识 160

第6章 永磁辅助同步磁阻电机的应用 165

6.1 在空调压缩机中的应用 165

6.1.1 变频压缩机的特性要求 165

6.1.2 在变频压缩机中的应用 166

6.2 在新能源电动汽车中的应用 174

6.2.1 新能源电动汽车的类型与特点 174

6.2.2 新能源电动汽车电机驱动系统 174

6.2.3 新能源电动汽车电机的特性要求 174

6.2.4 应用案例 175

6.3 在工业领域中的应用 181

6.3.1 电机能效标准 181

6.3.2 工业电机应用案例 181

6.4 总结与展望 184

附录 185

附录A 电机测试方法 185

A.1 感应电动势常数测试方法 185

A.2 转子的转动惯量测试方法 185

A.3 电气时间常数测试方法 187

A.4 转矩波动系数测试方法 188

A.5 齿槽转矩测量方法 188

A.6 温升测试方法 189

A.7 噪声测试方法 189

附录B 常用硅钢片磁化曲线及铁损曲线 193

附录C 常用永磁体的性能参数及退磁曲线图表 197

参考文献 206