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开绕组PMSM和双逆变器的系统数学建模研究
目录
TOC\o1-2\h\u24991第一章绪论 1
10748一、论文的研究背景和意义 1
13207二、永磁同步电机简介及其控制方式 2
7326三、双逆变器控制方法和简介 5
1587第二章开绕组PMSM和双逆变器的系统数学建模 8
30954一、开绕组永磁同步电机系统数学建模 8
31251二、双逆变器拓扑结构及数学模型 12
29598三、开绕组永磁同步电机双逆变器离散化预测模型 16
13591四、本章小结 18
14031第三章双逆变器空间矢量调制原理 18
11757一、单逆变器SVPWM方法 18
10166三、双逆变器SVPWM方法 22
24864（一）、电压矢量分布及共模电压 22
13312（二）、双逆变器SVPWM调制原理 23
9143三、本章小结 27
10876第四章仿真模型和分析 28
10141一、仿真模型建立 28
604（二）、仿真模型验证 29
10341二、开放式绕组三相PMSM控制系统仿真 30
19818三、本章小结 31
第一章绪论
一、论文的研究背景和意义
随着不断进步的社会,资源短缺和环境污染变成了人类当前所面对的同一个实际性难题。在剧烈的全球环境大气污染和全球能源供应枯竭的双重影响下,其中以纯电动汽车、纯电动的飞机、高速铁路为新型现代电力电能驱动控制系统的重要代表,它们将向社会逐步发展取代以石油化石化工燃料汽车为主要动力的电能驱动控制系统,这对于电力控制系统对象主要是风力电机的小型电力通风传动机组设备和大型风力发电传动机组的设备运行管理效率、控制系统性能、运行适用范围和工作可靠性等等都提出了更高的技术要求。所以,研究的当务之急是对先进电机、驱动系统拓扑和高性能控制策略的改进。
在此大背景下,上世纪90年代,日本的美国学者IsaoTakahashi,首次成功提出了一种开放式的双绕组直流电机控制系统,用来消除系统中的零序环流。这种拓扑结构由双逆变器进行供电,其效果可以三电平的供电效果相同。此外,可以提高供电质量以及系统的控制性能。随着国家对开环式绕组同步电机新型拓扑整体结构理论研究的不断深入,韩国相关学者seung-kisul于2007年发现其拓扑结构将新型开绕同步电机和永磁新型同步电机相互进行结合,对其进行弱磁扩速控制策略的研究。研究人员发现,这种新型改变结构使得新同步电机具有了采用开关式绕组的新型结构和永磁系列同步电机的诸多优点,所以它已经成为了永磁系列同步电机在各种大功率电机应用广泛场合的一个重要优选解决方案。与此同时开绕组永磁电机可由一般永磁同步电机改良得到,不需要重新开发研究,能够大大减少开发费用。此外,相比于目前传统的多部分电压水平调制技术,简化了水平变流器内部结构,可以灵活地将多个功率电流分配调制到两个水平变流器上,此调制方法可以调制实现出多部分电平电流效果同时还有效避免了多部分电压水平功率逆变器所可能存在的电压中性点位和电压反向漂移的复杂问题。自提出以来,受到国内外学者的广泛关注。
近年来随着利用石墨烯、碳化钨和硅等多种高性能复合材料的蓬勃发展兴起,使得永磁同步电机(PMSM)的性能得到进一步提升。与其他传统的磁感应同步电机技术相比,永磁自动同步电机在最大功率传动密度、转矩比和惯性质量以及传动效率比等方面都能够具有更高的技术优势,因此,永磁自动同步电机在不少工业领域都能够应用广泛,例如在大型工农业机械生产中,由于永磁自动同步电机能够拥有快速自动响应、稳定性高、易于维修、构造简单等优点,适宜驱动压缩机、机床等设备,而广泛应用于工业化生产中。在家用设备中,冰箱、风扇、变频空调等也都有用到永磁同步电机。同时,永磁同步电机也适应于最近发展火热的电动汽车领域中。
二、永磁同步电机简介及其控制方式
（一）永磁同步电机的概述
永磁驱动同步电机一般都是用来直接当做同步电动机部件使用,它的基本工作运动原理和普通永磁同步电机相类似,它们都指的是在普通永磁同步电动机的三个定子驱动绕组中全部通入三相驱动电流,定子绕组全部通入三相电流后,其中的定子在三相电流的推动作用下也就会在同步电动机的三个定子绕组中转动形成旋转磁场。不同的一点是,PMSM的转子都是由永磁体构成。在旋转磁场力的作用下,转子可以通过电枢反应进行径向旋转,最终,转子的径向旋转磁场速度与两个定子的径向转速基本相等,实现同步运行。
永磁同步电机的主要组成部件有转子、端盖、接线盒、机座以及定子绕组。根据转子上永磁体放置的位置，可以把永磁同步电机分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式。
面贴式永