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电动汽车外转子轮毂电机场路耦合设计

2018/4/26    来源:互联网    作者:刘波      
关键字:ANSYS  有限元  联合仿真  
本文以一台3KW内置式外转子永磁同步电机为例,根据电磁和控制理论,给出了相应的数学模型和控制框图。利用ANSYS Maxwell与ANSYS Simplorer软件,联合仿真计算得到了电机的控制性能,并对结果进行分析,为永磁同步电机在ANSYS EM系列软件中的系统化仿真提供了一种新的、有效的控制方式。

    本文使用Simplorer和simulink对永磁同步电机双闭环矢量控制进行了仿真。场路耦合模型中,从左到右、从上到下分别是:受控电压源(E1、E2、E3),电流表(AM1、AM2、AM3)、电机相电阻(R1、R2、R3)、电机端部电感(L1、L2、L3)、Maxwell 2D有限元模块、Simulink控制模块、转动惯量模块(MASS_ROTBI)、转矩测量表(FM_ROTBl)、转速测量表(VM_ROTBI)、负载转矩模块(F_ROTBl)。

图3 Simplorer中场路耦合模型

图3 Simplorer中场路耦合模型

    Simulink中采用转速外环、电流内环控制,其中,图中为id=0控制方式,可以改为MTPA控制、弱磁控制、恒端电压控制、单位功率因数控制等不同的控制策略。其中SVPWM模块被alphabeta_abc模块替代,能够大大减少仿真时间。图中,速度给定(n*)为600rpm,负载转矩(T load)为30Nm。

图4 Simulink控制模块

图4 Simulink控制模块

    永磁同步电机矢量控制的电流内环需要采样A、B、C-相的电流,使用电流表测量得到后,经过Clark和Park变换可以将三相A、B、C静止坐标化为两相静止α、β坐标,再变为两相旋转d、q坐标,得到id和iq。id、iq分别作为电流内环的反馈,经过PI控制器后得到Ud、uq后送入SVPWM子电路模块,之后得到六个IGBT的驱动信号,分别控制逆变器中对应的IGBT即可实现对电机的矢量控制。

4 仿真结果分析

    Ansoft Maxwell中仿真结果

图5 Ansoft Maxwell中仿真结果

图5 Ansoft Maxwell中仿真结果

     Matlab/Simulink中仿真结果

图6 Matlab/Simulink中仿真结果

图6 Matlab/Simulink中仿真结果

图6 Matlab/Simulink中仿真结果

    为了验证结果的准确性,缩短ANSYS的仿真时间,其余参数设置完全相同。从两组对比图可以看出,经过ANSYS场路耦合仿真得到的结果与Simulink的仿真结果基本吻合,很好地验证了ANSYS Maxwell与ANSYS Simplorer联合仿真的正确性与可行性。

5 结论

    常规基于ANSYS Maxwell的电机设计偏于电磁场的分析,其电路仿真能力有限。本文给出了一种基于ANSYS公司的有限元仿真软件Maxwell、电路仿真软件Simplorer,建立永磁同步电机矢量控制场路耦合的仿真模型。控制电路采用转速外环,电流内环PI调节,使用SVPWM进行电压空间矢量调制,并与Simulink仿真结果对比,发现结果基本一致,控制效果良好。

责任编辑:马倩
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