线圈辅助励磁无刷直流电机直接转矩控制研究

发布时间：2020-03-19 11:44

【摘要】：磁阻类电机具有定转子结构简单、各相绕组之间相互独立工作、启动转矩大、启动电流小、工作适应能力强、以及损耗小等优点,近些年来受到了广泛关注。因此本文提出一种由传统开关磁阻电机改进而来的线圈辅助励磁无刷直流电机(Coil-Assisted Excitation Brushless DC Motor,简称CAE-BLDCM),但是由于CAE-BLDCM在运行的过程中,磁路经常是处于饱和状态,使得CAE-BLDCM系统具有强烈的非线性,且功率变换器的导通和关断也会造成电机在两相通电中间产生转矩较大的脉动,这使得CAE-BLDCM在运行过程中会产生较大的转矩脉动与振动噪声等缺点。这些缺点使得CAE-BLDCM不适合应用在特定工况下的运转,限制了该电机在工业中的应用范围。同时由于难以得到CAE-BLDCM的精确数学模型,分析电机转矩脉动原因和设计减小转矩脉动方法都很困难。为减小转矩脉动,同时提高系统的运行效率,本文对CAE-BLDCM直接转矩控制系统进行了研究,本文通过在对CAE-BLDCM控制过程中引入直接转矩控制技术,成功的实现了电机转矩脉动的抑制。首先对CAE-BLDCM的结构及运行原理进行了分析,建立了该电机的数学模型,并对CAE-BLDCM的三种基本控制策略做出了介绍。在此基础上,本文对CAE-BLDCM的直接转矩控制方法进行了研究,为提高系统效率,设计基于转矩分配函数的DTC方法,改进转矩分配函数,进一步提高系统效率,并加入中央线圈对转矩的影响,进行了更为合理的设计。从而改善CAE-BLDCM的转矩脉动。其次,采用实验测量法测量CAE-BLDCM电机的磁链特性,并推导出电机的数学模型,并在Matlab/Simulink中搭建了直接转矩控制系统的仿真图,对不同转矩分配函数(直线TSF和余弦TSF、有中央线圈和无中央线圈)的直接转矩控制方法进行了对比分析。最后针对我们这台三相9/6极CAE-BLDCM电机,设计其直接转矩控制系统的硬件实验平台与软件工作流程。其中,系统的硬件部分包括控制电路、驱动电路、电流电压检测和位置检测电路等。
【图文】：

图 2.1 三相 9/6 极 CAE-BLDCM 内部结构示意图Fig. 2.1 Internal structure of 3-phase CAE-BLDCM图 2.2 三相 9/6 极 CAE-BLDCM 外部结构示意图Fig. 2.2 External structure of 3-phase CAE-BLDCM

7图 2.2 三相 9/6 极 CAE-BLDCM 外部结构示意图Fig. 2.2 External structure of 3-phase CAE-BLDCM CAE-BLDCM 运行原理般电机的定子上均绕有线圈，当定子绕组被通电以后，磁场从定子极被子上没有线圈，磁路流经定转子气隙，由于“磁阻最小原理”，即磁通小路径闭合，所以磁阻需要变小，磁路就要变短，这样就会产生磁阻转机转动。文提出的 CAE-BLDCM 电机采用双组定转子结构，每组 9/6 式结构的定对齐，电机转轴上嵌套了一层导磁材料，中央线圈固定在机壳中间环绕定子绕组产生的磁场始于定子齿，通过转子齿再到转轴，，传导到另一边相定子齿的反向绕组吸引再由机壳回到最初的定子齿。当辅助线圈通电着定子绕组产生的磁场进行辅助励磁，本电机的磁路走向如图 2.3 所示。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM33

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本文编号：2590174