论文总字数：33672字

摘 要

变磁通电机采用低矫顽力永磁体，永磁体的磁化水平能够通过施加瞬时脉冲电流改变，并且磁化水平可被记住，进而实现气隙磁通连续可调，并且瞬时的调磁电流几乎不产生铜耗。变磁通电机相比传统永磁同步电机具有转速调节范围宽、效率高等一系列优点，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。

论文介绍了电动汽车驱动电机的性能需求，通过比较各种电机性能得出变磁通电机的一系列优点。阐述了国内外变磁通电机拓扑和驱动控制的研究现状，并总结得到了直流脉冲调磁和交流脉冲调磁的优缺点以及变磁通电机的研究热点。经过推导得到了变磁通电机的数学模型，并介绍了变磁通电机的矢量控制方法，重点介绍了i_d=0控制方法。在MATLAB/Simulink中搭建变磁通电机的i_d=0矢量控制系统，说明了包括电机本体、电压空间矢量、坐标变换、转速和电流控制环等模块的仿真建模过程。随后对转速和电流PI调节器参数进行整定，对转速、转矩、电流波形进行了分析。在矢量控制仿真模型的基础上，加入了充退磁控制。分别对直流脉冲调磁和交流脉冲调磁两种调磁方式进行仿真，模拟了电动汽车电机的起动、调速和停车过程，并对其仿真波形进行分析。最后对两种调磁方式进行比较。

关键词：变磁通电机，i_d=0控制，直流脉冲调磁，交流脉冲调磁，MATLAB/Simulink仿真

Abstract

Variable flux motor adopts low coercivity permanent magnet, whose magnetization level can be changed by applying instantaneous pulse current, and the magnetization level can be stored, so as to realize continuous adjustable air-gap magnetic flux without any loss. Compared with the traditional PMSM, variable flux motor has a series of merits such as wide range of speed adjustment and high efficiency , so it has a widely applied prospect in the electric car industry.

This thesis introduces the performance requirements of electric vehicle drive motor and obtains a series of advantages of variable flux motor by comparing the performance of various motors. The present domestic and overseas research situation of topology and drive control of variable flux motors at home and abroad is expounded, and the merits and demerits of flux regulation using dc pulse and flux regulation using ac pulse as well as the research hotspot of variable flux motor are summarized. The mathematical model of variable flux motor is derived, and the vector control method of variable flux motor is introduced, especially the i_d=0 control method. The i_d=0 vector control system of variable flux motor is built in MATLAB/Simulink, and the simulation modeling process including motor body, voltage space vector, coordinate transformation, speed and current control loop and other modules is illustrated. Then the speed and current PI regulator parameters are set, analyzing the speed, torque and current waveform. Based on the simulation model of vector control, magnetization and demagnetization control are added. The flux regulations using dc pulse and ac pulse are simulated respectively, and the starting, speed regulating and stopping processes of electric vehicle motor are simulated, and the simulation waveforms are analyzed. Finally, the two flux regulation methods are compared.

Key Word: variable flux motor; i_d=0 control; flux regulation using dc pulse; flux regulation using ac pulse; MATLAB/Simulink simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景和意义 1

1.2 电动汽车驱动电机性能需求 2

1.3 变磁通电机的研究现状 2

1.4 变磁通电机的研究现状总结 10

1.5 本文研究内容和章节安排 10

第二章 变磁通电机的数学模型和控制策略 12

2.1 dq轴数学模型 12

2.2 控制策略 13

2.3 本章小结 16

第三章 变磁通电机i_d=0矢量控制系统仿真 17

3.1 模型建立 17

3.2 仿真分析 34

3.3 本章小结 37

第四章 变磁通电机充退磁控制系统仿真 38

4.1 直流脉冲调磁 38

4.2 交流脉冲调磁 46

4.3 本章小结 52

第五章 总结与展望 53

5.1 论文总结 53

5.2 工作展望 53

参考文献 55

致 谢 58

1. 绪论
2. 课题背景和意义

近年来，我国经济飞速发展，但生态环境却不容乐观。我国大气污染严重，雾霾天气遍布全国各地，严重损害了人民群众的身体健康。因此，社会各界都开始重视节能减排，低碳生活。传统内燃机汽车的大量使用，增加了不少废气和碳排放量。相比之下，电动汽车使用电机作为驱动电机，并使用清洁能源—电能，因此具有无废气排放、能量转化效率高、运行噪声小、传动系统结构简单且维修方便等特点，有着更大的优势。大力发展电动汽车已经成为我国重要的科技战略需求和战略重点。

永磁材料性能的提高使得永磁同步电机性能有了巨大的提升，因其具有功率密度高、运行效率高等优点，在电动汽车领域得到了广泛应用。但是传统的永磁同步电机也存在着很多不足之处：采用高矫顽力永磁材料，永磁材料的磁化状态很难改变，导致气隙磁场很难进行调节，限制了永磁电机的转速调节范围；出现强冲击电流时，永磁材料可能出现不可逆退磁的现象，破坏电机性能；同时因为结构固定，永磁同步电机无法在运行时改变极对数，所以无法实现变极运行。为扩宽永磁电机转速调节范围，通常采用弱磁控制，即施加持续的d轴电流产生去磁磁动势来削弱电机气隙磁场，但易导致永磁材料不可逆去磁，同时也会产生额外的励磁电流铜耗。另一种可行的办法是采用混合励磁技术，也能实现气隙磁通的调节，方便且高效。它的原理是在永磁体的基础上加入电励磁，由电励磁磁场和永磁磁场共同构成气隙磁场，其中电励磁磁场可通过调节励磁电流改变，从而实现电机的气隙磁场可调。但是混合励磁电机存在着结构复杂、加工困难和成本较高等缺陷。

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