用于开关磁阻电机转矩脉动抑制的新型功率变换器研究与设计

发布时间：2017-10-17 21:28

  本文关键词：用于开关磁阻电机转矩脉动抑制的新型功率变换器研究与设计

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【摘要】：开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)调速系统具有调速范围宽、可靠性高、成本低、易于维护等优点,广泛的应用于社会生产之中。但由于SRM双凸极的结构易导致气隙磁场饱和,其转矩脉动比较明显,严重影响了其在高性能场合的应用。针对此问题,本文提出了一种绕组退磁电压可根据电机工作状态来实时控制、结构简单、控制灵活方便的新型有源升压功率变换器,并结合直接瞬时转矩控制来抑制转矩脉动。本文的具体工作如下:第一:介绍了SRM驱动系统的应用领域和研究方向,对SRM可以快速励磁和快速退磁的典型功率变换器进行了对比分析。由基本的电磁关系,建立了SRM的线性模型。对SRM产生转矩脉动的原因进行了分析,比较分析了常用抑制转矩脉动的控制策略。第二:分析了典型有源升压功率变换器和典型四电平功率变换器的基本原理,在它们的基础上提出了新型有源升压功率变换器,结合直接瞬时转矩控制的策略对所提功率变换器进行了详细的理论分析,推导了退磁电压与转子位置、工作电流之间的关系,给出了电路中关键器件的计算公式。第三:对驱动系统的硬件和软件进行了设计,硬件电路包括主控芯片外围电路、主功率电路、电源电路、位置检测电路、驱动电路、电压电流检测电路、保护电路;软件部分包括各模块始化子程序、位置信号读取与速度的计算子程序、速度闭环子程序、转矩控制子程序、DA转换子程序等。第四:运用PSIM软件,分别建立了不对称半桥功率变换器和新型有源升压功率变换器的驱动系统仿真模型,通过大量的仿真对比验证了所提功率变换器和控制策略的有效性。第五:搭建了实验平台,通过额定转速、额定转矩、转速突变、转矩突变等实验,验证了新型有源功率变换器能在转速、负载变化范围较大的情况下实现SRM的高效率、低转矩脉动运行。
【关键词】：开关磁阻电机 转矩脉动抑制 有源升压功率变换器 直接瞬时转矩控制 数字信号处理器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题的背景9
• 1.2 SRM驱动系统的研究方向及应用9-12
• 1.2.1 SRM驱动系统的研究方向10-11
• 1.2.2 SRM驱动系统的应用11-12
• 1.3 SRM功率变换器的研究现状12-16
• 1.4 本文主要工作及研究内容16-18
• 第二章 SRM基本原理及转矩脉动抑制策略18-30
• 2.1 SRM的基本工作原理18-19
• 2.2 SRM的数学模型的建立19-25
• 2.2.1 SRM的基本方程19-21
• 2.2.2 SRM的线性模型21-25
• 2.3 SRM的转矩脉动原因及抑制转矩脉动的方法25-29
• 2.3.1 SRM产生转矩脉动的原因25-26
• 2.3.2 直接转矩控制策略26-27
• 2.3.3 转矩分配函数控制策略27-28
• 2.3.4 迭代学习控制28-29
• 2.3.5 智能控制策略29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 新型有源升压功率变换器及其控制的研究30-41
• 3.1 SRM功率变换器30-33
• 3.1.1 典型有源升压功率变换器30-32
• 3.1.2 典型四电平功率变换器32-33
• 3.2 SRM新型有源升压功率变换器的理论分析33-40
• 3.2.1 新型功率变换器的提出33
• 3.2.2 新型功率变换器原理及直接瞬时转矩控制33-38
• 3.2.3 新型功率变换器模型的关键参数的计算38-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 控制系统的软硬件设计41-58
• 4.1 控制系统的硬件设计41-51
• 4.1.1 控制系统硬件总体构成41-42
• 4.1.2 控制芯片的选择与外围电路设计42-44
• 4.1.3 新型有源升压功率变换器的设计44
• 4.1.4 开关电源电路的设计44-46
• 4.1.5 隔离驱动电路的设计46-47
• 4.1.6 检测保护电路的设计47-50
• 4.1.7 D/A转换电路设计50-51
• 4.2 控制系统的软件设计51-57
• 4.2.1 系统主程序设计52
• 4.2.2 系统初始化子程序52-53
• 4.2.3 位置捕获与速度计算程序53-55
• 4.2.4 速度闭环程序55-56
• 4.2.5 转矩控制子程序56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 仿真及实验结果分析58-69
• 5.1 仿真参数设置58-59
• 5.2 仿真结果分析59-63
• 5.2.1 额定转矩下仿真结果对比分析59-62
• 5.2.2 额定转速下仿真结果对比分析62-63
• 5.2.3 转速突变下(负载稳定)仿真结果对比分析63
• 5.2.4 负载突变下(转速稳定)仿真结果对比分析63
• 5.3 实验设备与测试装置63-65
• 5.4 实验结果与分析65-68
• 5.4.1 新型功率变换器在额定转矩下实验结果65-66
• 5.4.2 新型功率变换器在额定转速下实验结果66-67
• 5.4.3 新型功率变换器在转速突变下(负载稳定)实验结果67
• 5.4.4 新型功率变换器在负载突变下(转速稳定)实验结果67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 全文工作总结69
• 6.2 后续工作展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间的研究成果76

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本文编号：1051156