永磁同步电机转矩脉动抑制的研究

上海海事大学

本科生毕业设计（论文）

永磁同步电机转矩脉动抑制的研究

学院：物流工程学院

专业：电气工程及其自动化

班级：电气122

姓名：***

指导教师：***

完成日期：2016年5月8日

承诺书

本人郑重承诺：所呈交的毕业论文“永磁同步电机转矩脉动抑制的研究”是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加

以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据行为。如若出现任何侵犯他

人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。

承诺人（签名）：_________

日期：年月日

摘要

太阳能、风能、水能这些自然资源产生了可再生资源，这三种资源被看做是当今乃至未来可持续能源发展的主流。在过去的十年中，许多可再生资源的研究正在萌发；这其中最有前景的当属海流资源。然而，在开发利用海流能源的道路上困难重重，架设海流发电机的高成本及海流发电机的维护困难使得海流能无法真正走近千家万户。另外，船舶动力系统是船舶航行的核心部分，随着现代船舶技术的飞速发展，对船舶动力系统的性能要求也越来越高。永磁同步电机在以上两个领域应用广泛。本文基于MATLAB下的仿真工具SIMULINK并利用坐标变换建立起了含有高次谐波的永磁同步电机模型，并着重研究其转矩脉动的抑制方法。

关键词：永磁同步电机，坐标变换，转矩脉动，抑制

Abstract

Over the past twenty years,the technology of the relevant development and utilization of the marine energy has been more and more mature within the exploration of the experts,which can provide a good prospect of the sufficient utilization of it for all human-beings in twenty first centry.What’s more,the ship power system which is the hard core of the ship’s navigation has an increasing number of the requirement to its performance.The Permanent Magnet Synchronous Machine is used widely in both fields.This paper established the model of The Permanent Magnet Synchronous Machine containing the harmonic components which is based on MATLAB/SIMULINK ,Clerk equation and Park equation.And the simulation study was carried out to study the method to suppress the torque ripples.

Key words :The Permanent Magnet Synchronous Machine, Clerk equation, Park equation, torque ripples, suppress

目录

1引言 (2)

1.1背景和意义 (1)

1.2研究目标和内容 (2)

2.永磁同步电机的基本知识 (10)

2.1同步电机的特点 (3)

2.2同步电动机的转矩角特性 (5)

2.3同步电机的稳定运行 (6)

2.3.1 在0<θ<90∘范围内 (6)

2.3.2 在90∘< θ<180∘范围内 (6)

2.4永磁同步电机的体系结构 (7)

2.4.1定子 (7)

2.4.2 转子 (7)

3.转矩纹波 (10)

3.1补偿转矩 (9)

3.2 齿槽转矩纹波 (9)

3.3 由磁场因素造成的转矩脉动 (9)

3.4 其他形式的转矩纹波 (10)

3.4.1误差转矩 (10)

3.4.2 逆变器缺陷转矩 (10)

3.4.3 由机械误差产生的转矩纹波 (11)

4. 瞬态方程和永磁同步电机的模型 (29)

4.1 坐标变换 (13)

4.2非正弦漏磁通模型 (18)

4.3永磁同步电机的电气模型 (19)

4.4 永磁同步电机的机械模型 (20)

4.5电磁转矩 (20)

4.6 PI控制器 (27)

4.7 永磁同步电机的六拍控制 (29)

5 总结

6 参考文献

上海海事大学本科生毕业设计（论文）

1.引言

永磁同步电机能应用于很多高性能的场合，例如机器人、机床和其他电力推进系统。世界

上第一台点击就是永磁电机，但早期的永磁材料磁性能很差，导致永磁电机体积庞大，非常笨重，因而很快就被电励磁式电机所取代。近年来，随着稀土永磁材料的快速发展，特别是第三

代稀土永磁材料钕铁硼（NdFeB）和钐钴合金（SmCo）的问世，为永磁电机的研究和开发注入

了新的活力。这意味着永磁同步电机有了坚实的结构，并且其在转子上的损失也大大减小。

由于永磁同步电机的基本结构上的限制，很多不理想的转矩纹波会产生出来，而转矩的平

滑性是永磁同步电机研究中的一个重要问题。通常，存在有两种方法减少这些纹波。第一种是

调整永磁同步电机的设计，从而使它更接近于产生平滑转矩的理想特性。第二种是基于主动控

制的方案，该方案能控制并修正激励从而改善不理想的电机特性，也能改善相关变频器的特性。另外，PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器

件少。（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频

带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当

开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。（6）直流电源采用不控整流时，电

网功率因数比相控整流器高。

1