混合励磁同步电机(HESM)是继电励磁同步电机和永磁同步电机之后发展起来的又一种新型调速电机，它既综合了永磁同步电机和电励磁同步电机的优点，又克服了各自的缺陷，成为无刷交流电机领域一个新的研究热点。然而，用于交流正弦波驱动及采用矢量控制方式的HESM及其宽调速控制研究目前基本上还是空白，在电机分析、设计及系统控制等方面还未形成系统的理论，特别是在电动机磁路拓扑结构选择、电磁设计、电枢电流与励磁电流相协调的宽调速控制策略等方面，尚有大量工作有待进一步深入。 本文在广泛研究国内外已有混合励磁电机拓扑结构的基础上，创新性地提出了一种新型HESM拓扑结构——非对称交错混合励磁同步电机(ASHESM)，对该电机的分析理论、设计方法、数学模型，以及基于矢量控制的HESM调速系统的控制策略及其仿真等进行了较为全面深入的研究，制作了样机并搭建了实验系统，进行了比较系统的实验研究。主要研究工作和成果如下： 阐述了HESM的工作原理、特点及应用前景，比较全面地介绍了国内外混合励磁电机的拓扑结构形式与控制方法及其研究现状，并对各类混合励磁电机的主要性能特征进行了系统的比较。 在分析磁极分割型混合励磁电机磁路结构及性能特点的基础上，深入分析了交错永磁、中间永磁、单端永磁和非对称交错永磁等四种新结构HESM的永磁磁路、电励磁磁路、各自的漏磁特征和调磁性能，在性能比较的基础上，提出了一种调磁性能相对较优的拓扑结构一一ASHESM。 深入分析了所提出的新型ASHESM的磁路结构特征及工作原理，推导出电机的等效磁路计算数学模型，采用等效磁路法比较准确、快速地计算了该电机的主要性能，并具体分析了电机各部分气隙磁通及磁密组成。有限元分析与实测结果验证了等效磁路分析的正确性与有效性。 基于三维有限元分析和样机实验对电机静态特性进行了较为深入全面的分析，具体包括：电机空载磁场分布及空载调磁特性、空载磁链、反电动势、绕组电感、定位力矩和电磁转矩特性等，探讨了永磁磁场、电励磁磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响，样机的实测结果验证了理论分析的正确性，从而为电机的性能分析、设计及运行控制等奠定了必要的基础。 基于现代电机设计的一般流程，详细研究了ASHESM的电磁设计理论与设计方法。给出了ASHESM的一般化尺寸方程，对电机电磁负荷及主要尺寸初步估算、定转子结构和励磁绕组的初步设计等进行了详细论述与探讨。基于电机初步设计方案，采用ANSYS有限元软件对电机磁场及主要性能进行了计算分析。利用三维有限元APDL参数化建模的优点，分析了电机主要结构参数对电机性能的影响，为电机参数的合理选取提供了依据。在此基础上设计制作了一台27槽8极的电机样机。建立了HESM在定转子坐标系下的数学模型，给出了不同坐标系下的磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程等。在分析HESM调速性能的基础上，提出了HESM调速系统的分区控制策略，深入研究了调压、调速、增磁和弱磁控制策略的具体实现方法。 采用MATLAB软件的Simulink/PSB工具箱以及模块化与功能化的建模方法，实现了电机本体、主控制器、励磁电流控制器和功率变换器的一体化建模。根据不同目的要求，设计了不同的仿真方法，仿真分析了HESM调速系统在低速标准调速区、低速增磁调速区及高速弱磁调速区的调速动态特性及稳态特性，验证了HESM数学模型、控制策略、仿真模型与仿真方法的正确性，并与PMSM调速系统进行了仿真比较。对HESM定转子坐标系下的数学模型分别建立了相应的HESM调速系统仿真模型，并进行了较为深入的系统仿真，比较了两种数学模型的统一性与两者仿真结果的一致性。 搭建了ASHESM实验系统，进行了比较全面的发电及驱动实验研究，具体包括：不同转速下空载和负载反电势测定、变转速下电机机械特性测试、变负载时输出转矩特性测试、电机温升测试、电机转速与转矩动态响应测试、电枢电流.励磁电流测试、输出转矩.励磁电流测试以及电机最大空载调速能力测试等，获得了样机的综合性能特征，得到了一些有益的结果。