定子永磁無刷電機(jī)：理論、設(shè)計與控制

目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 永磁材料 1
1.1.1 永磁材料的主要性能參數(shù) 1
1.1.2 主要永磁材料及其性能 4
1.2 永磁電機(jī)發(fā)展概況 8
1.3 定子永磁無刷電機(jī)概述 10
參考文獻(xiàn) 13
第2章 定子永磁無刷電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理 16
2.1 概述 16
2.2 DSPM電機(jī) 16
2.2.1 基本出發(fā)點 16
2.2.2 DSPM電機(jī)基本工作原理 17
2.2.3 DSPM電機(jī)結(jié)構(gòu)形式與分類 20
2.2.4 DSPM電機(jī)與SR電機(jī)和傳統(tǒng)永磁無刷電機(jī)比較 22
2.3 FSPM電機(jī) 25
2.3.1 FSPM電機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理 25
2.3.2 繞組一致性 27
2.3.3 繞組互補(bǔ)性 28
2.3.4 FSPM電機(jī)結(jié)構(gòu)形式與分類 29
2.4 FRPM電機(jī) 32
參考文獻(xiàn) 36
第3章 定子永磁無刷電機(jī)數(shù)學(xué)模型 39
3.1 概述 39
3.2 定子坐標(biāo)系下的正弦波電機(jī)方程 39
3.2.1 m相FSPM電機(jī)結(jié)構(gòu) 40
3.2.2 m相FSPM電機(jī)通用電磁轉(zhuǎn)矩方程 40
3.2.3 三相電機(jī)結(jié)構(gòu) 46
3.3 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的正弦波電機(jī)方程 51
3.4 梯形波空載電動勢電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 55
3.4.1 DSPM電機(jī)基本工作原理 55
3.4.2 DSPM電機(jī)數(shù)學(xué)模型 57
參考文獻(xiàn) 60
第4章 定子永磁無刷電機(jī)有限元分析 62
4.1 概述 62
4.2 定子永磁無刷電機(jī)有限元建模 63
4.3 磁性材料精細(xì)化建模 68
4.3.1 硅鋼片過飽和區(qū)域B-H曲線模擬 68
4.3.2 永磁體不可逆退磁現(xiàn)象的動態(tài)模擬 72
4.3.3 硅鋼片磁滯特性的模擬 78
4.4 FSPM電機(jī)靜態(tài)特性的有限元分析 91
4.4.1 三相FSPM電機(jī)有限元模型 91
4.4.2 FSPM電機(jī)靜態(tài)特性 92
4.5 定子永磁電機(jī)特殊電磁現(xiàn)象及其分析 117
4.5.1 定子外部漏磁 117
4.5.2 DSPM電機(jī)電感特性 118
4.5.3 端部效應(yīng) 120
4.6 磁場-電路瞬態(tài)耦合仿真 125
4.6.1 瞬態(tài)場路耦合建模方法 125
4.6.2 三相12/8極DSPM電機(jī)磁場-電路耦合仿真分析 127
參考文獻(xiàn) 128
第5章 定子永磁無刷電機(jī)磁網(wǎng)絡(luò)建模理論與方法 133
5.1 概述 133
5.2 DSPM電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò)模型 133
5.2.1 磁網(wǎng)絡(luò)模型的特點和構(gòu)成 134
5.2.2 典型磁導(dǎo)的計算方法 135
5.2.3 磁網(wǎng)絡(luò)模型的建立過程 137
5.2.4 磁網(wǎng)絡(luò)模型的方程組 142
5.2.5 磁網(wǎng)絡(luò)模型的求解 144
5.2.6 靜態(tài)電磁特性的計算方法和驗證 145
5.3 FSPM電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò)模型 148
5.3.1 等效磁網(wǎng)絡(luò)模型的建立 149
5.3.2 改進(jìn)磁網(wǎng)絡(luò)模型 153
參考文獻(xiàn) 154
第6章 定子永磁無刷電機(jī)損耗分析與計算 156
6.1 概述 156
6.2 考慮直流偏磁影響的定子永磁無刷電機(jī)鐵耗計算 157
6.2.1 傳統(tǒng)鐵耗計算方法 158
6.2.2 直流偏磁現(xiàn)象 160
6.2.3 改進(jìn)的磁滯損耗計算方法 167
6.2.4 不同方法的對比與實驗驗證 169
6.2.5 九相FSPM電機(jī)的鐵耗計算 171
6.3 逆變器供電下的定子永磁無刷電機(jī)損耗計算 173
6.3.1 逆變器供電下的內(nèi)埋式定子永磁無刷電機(jī)永磁體渦流損耗計算 174
6.3.2 逆變器供電下的鐵耗計算方法 202
參考文獻(xiàn) 209
第7章 定子永磁無刷電機(jī)熱分析 214
7.1 概述 214
7.2 傳熱學(xué)和計算流體力學(xué)基礎(chǔ) 215
7.2.1 傳熱學(xué)原理 215
7.2.2 計算流體力學(xué)基礎(chǔ) 219
7.3 電機(jī)溫度場有限元分析 223
7.3.1 考慮各向異性導(dǎo)熱的溫度場控制方程 223
7.3.2 特殊邊界條件的處理 227
7.3.3 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子*小對稱模型 232
7.3.4 FSPM電機(jī)溫度場建模和仿真 235
7.4 等效熱路法溫度場建模和分析 247
7.4.1 三維熱路單元及其數(shù)學(xué)模型 248
7.4.2 FSPM電機(jī)熱路法穩(wěn)態(tài)溫度場建模 250
7.4.3 FSPM電機(jī)溫度場分析 260
7.5 溫度場-熱路耦合建模方法 261
7.5.1 間接耦合法 262
7.5.2 直接耦合法 264
7.5.3 直接耦合法與間接耦合法比較 269
7.5.4 九相FSPM電機(jī)溫升計算 271
參考文獻(xiàn) 275
第8章 定子永磁無刷電機(jī)設(shè)計理論與方法 278
8.1 概述 278
8.2 定子永磁無刷電機(jī)通用功率尺寸方程 278
8.2.1 DSPM電機(jī)功率尺寸方程 282
8.2.2 FRPM電機(jī)功率尺寸方程 285
8.2.3 FSPM電機(jī)功率尺寸方程 287
8.3 FSPM電機(jī)通用設(shè)計方法及實例 290
8.3.1 定、轉(zhuǎn)子齒極數(shù)和相數(shù) 293
8.3.2 定、轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體尺寸 293
8.3.3 每相繞組匝數(shù) 295
8.3.4 算例 296
8.4 定子混合勵磁無刷電機(jī)設(shè)計方法 299
8.4.1 HEDS電機(jī)功率尺寸方程 300
8.4.2 主要尺寸方程 302
8.4.3 定、轉(zhuǎn)子極寬的選取 303
8.4.4 永磁體尺寸 305
8.4.5 電樞繞組匝數(shù) 307
8.4.6 HEDS電機(jī)設(shè)計實例 309
參考文獻(xiàn) 312
第9章 定子永磁無刷電機(jī)控制策略及其實現(xiàn) 315
9.1 概述 315
9.2 定子永磁無刷電機(jī)定子磁場定向方法 315
9.3 FSPM電機(jī)電流滯環(huán)PWM矢量控制方法 318
9.3.1 電流滯環(huán)PWM矢量控制原理 318
9.3.2 仿真分析 320
9.3.3 實驗分析 322
9.4 FSPM電機(jī)電壓空間矢量PWM控制方法 323
9.4.1 電壓空間矢量PWM控制原理 323
9.4.2 死區(qū)效應(yīng)與補(bǔ)償方法 326
9.4.3 仿真分析 329
9.4.4 實驗分析 330
9.5 FSPM電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法 331
9.5.1 FSPM電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理 331
9.5.2 FSPM電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn) 334
9.5.3 仿真分析 335
9.5.4 實驗分析 337
9.6 FSPM電機(jī)控制策略方法比較 338
9.6.1 電流滯環(huán)PWM與電壓空間矢量PWM控制性能比較 338
9.6.2 矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制性能比較 340
9.7 多相定子永磁無刷電機(jī)控制方法 342
9.7.1 電流滯環(huán)PWM矢量控制 343
9.7.2 空間矢量PWM控制 345
9.7.3 占空比直接求解PWM矢量控制 352
9.7.4 NPC三電平九相逆變器供電下載波調(diào)制技術(shù) 361
9.7.5 幾種PWM矢量控制方法比較 369
9.8 DSPM電機(jī)基本控制策略 369
9.8.1 DSPM電機(jī)控制原理 370
9.8.2 DSPM電機(jī)控制系統(tǒng) 371
9.8.3 普通數(shù)字PI調(diào)節(jié) 374
9.8.4 自調(diào)整模糊PI控制 379
9.8.5 變參數(shù)PI控制 390
參考文獻(xiàn) 396
第10章 定子永磁無刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動分析與抑制 399
10.1 概述 399
10.2 基于感應(yīng)電動勢諧波抵消的轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法 399
10.2.1 DSPM電機(jī)空載電動勢諧波分析 399
10.2.2 諧波電流注入法 401
10.2.3 基于諧波電流注入法的轉(zhuǎn)矩脈動抑制仿真分析 402
10.2.4 基于諧波電流注入法的轉(zhuǎn)矩脈動抑制實驗分析 404
10.3 基于定位力矩補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩脈動抑制方法 405
10.3.1 電流滯環(huán)PWM控制下的定位力矩補(bǔ)償控制 406
10.3.2 電壓空間矢量PWM控制下的定位力矩補(bǔ)償控制 416
10.3.3 直接轉(zhuǎn)矩控制時的轉(zhuǎn)矩脈動抑制策略 422
10.4 基于導(dǎo)通關(guān)斷角優(yōu)化的梯形波定子永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動抑制 428
10.4.1 DSPM電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生機(jī)理 428
10.4.2 轉(zhuǎn)矩脈動抑制 433
參考文獻(xiàn) 441
第11章 定子永磁無刷電機(jī)可靠性分析與容錯控制 443
11.1 概述 443
11.2 電機(jī)系統(tǒng)可靠性評估方法 443
11.2.1 可靠性和多狀態(tài)事件 444
11.2.2 馬爾可夫方法 444
11.2.3 改進(jìn)馬爾可夫方法 445
11.2.4 舉例驗證 446
11.2.5 可靠性評估過程 449
11.3 DSPM電機(jī)容錯控制 456
11.3.1 8/6極DSPM電機(jī)容錯運(yùn)行 456
11.3.2 12/8極DSPM電機(jī)容錯運(yùn)行 465
11.4 三相FSPM電機(jī)容錯控制 472
11.4.1 容錯控制策略 472
11.4.2 仿真分析 473
11.4.3 實驗分析 474
11.5 帶容錯齒混合勵磁FSPM電機(jī)及其容錯控制 477
11.5.1 電機(jī)結(jié)構(gòu) 477
11.5.2 尺寸參數(shù)對性能的影響及優(yōu)化方法 479
11.5.3 正常運(yùn)行狀態(tài)下的靜態(tài)電磁特性 481
11.5.4 電樞繞組開路故障的容錯控制 485
11.5.5 實驗分析 496
11.6 雙通道FSPM電機(jī)及其容錯控制 499
11.6.1 電機(jī)結(jié)構(gòu) 499
11.6.2 電磁性能分析 499
11.6.3 容錯控制策略 500
11.6.4 仿真分析 506
11.6.5 實驗分析 508
11.7 九相FSPM電機(jī)容錯控制 512
11.7.1 容錯控制自由度解析 513
11.7.2 單中性點連接方式缺相容錯控制 514
11.7.3 三中性點連接方式缺相容錯控制 523
11.7.4 五相繞組同時斷路工況分析 529
參考文獻(xiàn) 538
第12章 磁通可控型定子永磁無刷電機(jī) 542
12.1 概述 542
12.2 機(jī)械式弱磁 543
12.2.1 可移動磁短路片 543
12.2.2 永磁體軸向移動 543
12.2.3 旋轉(zhuǎn)式磁性/非磁性套圈 543
12.3 分裂繞組 544
12.3.1 基本原理 544
12.3.2 性能分析 546
12.3.3 分裂繞組與弱磁控制比較 546
12.4 混合勵磁無刷電機(jī)概述 547
12.4.1 混合勵磁無刷電機(jī)基本結(jié)構(gòu) 547
12.4.2 轉(zhuǎn)子永磁混合勵磁電機(jī) 548
12.4.3 定子永磁混合勵磁電機(jī) 550
12.5 混合勵磁雙凸極電機(jī) 553
12.5.1 結(jié)構(gòu)與工作原理 553
12.5.2 電勵磁繞組的勵磁磁勢與磁場調(diào)節(jié)能力 556
12.