线圈辅助磁阻型BLDCM工作特性角度控制研究
发布时间：2021-09-05 07:26
线圈辅助磁阻型无刷直流电机（Coil-assisted reluctance brushless DC motor,CAR-BLDCM）是开关磁阻电机的一种,其定转子凸极和中央线圈结构增加了磁路的复杂程度,导致电机的数学模型难以建立,大大影响了电机性能的提升。因此,本文提出一种不需要建立精确的数学模型且电机拥有良好起动性能情况下,通过改变电机的开通角、关断角来实现CAR-BLDCM性能优化的控制方式。本文从基本原理、仿真分析和实验验证三个方面分别分析中央线圈励磁控制,基于在线寻优和模糊控制的电机角度控制方法。通过Matlab、Simplorer和Ansoft三个软件针对CAR-BLDCM进行联合仿真,结合仿真结果和实验结果与传统控制方法比较优缺点。在中央线圈励磁控制使电机拥有良好起动性能的基础上,以转矩电流比最大化作为优化指标,通过对开通、关断角度进行控制,使电机获得最大的转矩电流比。论文设计了基于DSP TMS320F28335 CAR-BLDCM角度控制系统的硬件实验平台。在DSP TMS320F28335开发板上进行角度控制系统软件部分的设计,对于程序中主要模块进行详细分析,并在...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电机的3D结构图
7第2章CAR-BLDCM的基本原理2.1CAR-BLDCM的结构拓扑电机的3D结构图如图2.1所示，CAR-BLDCM主要分为定子、转子、转轴、机壳和绕组。其中，定子固定在机壳上，转子固定在转轴上，绕组又分为固定在定子上的电枢绕组和固定在转轴中央的中央线圈绕组。图2.1电机的3D结构图Fig.2.13-DviewofmotorCAR-BLDCM是以无刷直流电机为基础，结合传统开关磁阻电机的结构特点和工作原理。它采用中央线圈代替永磁体进行励磁，避免在特殊环境下永磁体退磁的风险，并且中央线圈产生的辅助励磁磁场可以对由两套定转子绕组、机壳以及电机转轴组成的轴向磁路走向进行增磁或弱磁。通过对中央线圈通入的电流进行控制，提高电机的启动性能并且减小转矩脉动，同时增加了电机控制的灵活性以及电机的调速范围。图2.2电机的磁路走向图Fig.2.2MagneticcircuitdiagramofmotorCAR-BLDCM采用的是两组定转子的双凸极结构，左右两侧的转子通过转轴上的导磁材料连接在一起，定子极弧为24°，转子极弧为20°。电机定转子的极对数配合采用的是9/6，因此定子共有18个凸极，转子有12个凸极，其中定子外径260mm，转子外径沈阳工业大学硕士学位论文
终确定为24°和20°，这既保证了电机正常的启动也增加了定转子极弧的重叠面积，从而增加了电机的输出转矩。2.2CAR-BLDCM的工作原理CAR-BLDCM运行原理与SRM运行原理相同，遵循“磁阻最小原理”，即电机的磁通沿着磁阻最小的路径闭合，当电机内部磁场发生变化时，便会有磁拉力作用在电机转子上产生转矩使其向磁阻最小的位置运动。当电机定子电枢绕组通电时，定子凸极正对转子槽中间，由通电相定子凸极和与其构成磁阻最小路径的转子凸极产生相互之间的磁拉力。磁拉力牵引转子凸极转到与定子凸极相对的位置，即磁阻最小位置。如图2.3（a）所示，是电机磁阻最大位置处。如图2.3（b）所示，是电机磁阻最小位置处。a最大磁阻位置b最小磁阻位置图2.3电机定转子凸极相对位置Fig.2.3Relativepositionofstator/rotorsalientpoleofmotor由电机的拓扑结构可知，电机每一侧的电枢绕组均匀地分为A、B、C三相，每相均匀分布三为个凸极，一侧定子上的电枢绕组与另一侧对应的电枢绕组串联在一起构成一相，但缠绕方式相反，产生相反的磁路，以便构成闭合的磁路。如图2.4所示，当A相
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DSP的模糊PD控制算法的研究[J]. 孙雷,岳云涛. 电工技术学报. 2015(S1)
[2]矿用开关磁阻电机车控制系统设计[J]. 李瑞金. 工矿自动化. 2015(09)
[3]轴向磁通开关磁阻电机的起动发电研究现状[J]. 臧平宇,张广明,梅磊. 微特电机. 2014(09)
[4]开关磁阻电机非线性建模与开关角优化[J]. 张辉,瞿遂春,邱爱兵,王旭. 新型工业化. 2014(09)
[5]模型参数未知开关磁阻电机在线角度优化控制[J]. 陈海进,孙尚,孙鹏. 微电机. 2014(05)
[6]高速开关磁阻电机的变频调速控制[J]. 何雅慧,韦忠朝. 湖北工业大学学报. 2014(01)
[7]基于开关磁阻电动机的角度斩波控制研究[J]. 侯栋,李江,王世山. 微特电机. 2012(12)
[8]8/6极开关磁阻电机调速系统的建模与仿真[J]. 陆丽芳,尚群立. 杭州电子科技大学学报. 2012(06)
[9]基于STM32的开关磁阻电机角度位置控制系统[J]. 钟锐,徐宇柘,陆生礼. 计算机测量与控制. 2012(11)
[10]开关磁阻电机变角度电压斩波控制实现方法研究[J]. 程鹤,范江洋,马磊,余国军. 变频器世界. 2012(07)
硕士论文
[1]开关磁阻电机效率与转矩脉动优化控制设计[D]. 尹俊.东南大学 2016
[2]开关磁阻电机模糊PI控制及转矩脉动抑制技术研究[D]. 鹿泉峰.东南大学 2016
[3]基于DSP的开关磁阻电机控制系统及控制方法研究[D]. 张强.西安电子科技大学 2015
[4]电动车用开关磁阻电机驱动系统的设计与优化[D]. 吴慎华.大连理工大学 2015
[5]电动车开关磁阻驱动电机控制系统研究[D]. 杨洲.中国矿业大学 2015
[6]基于SOPC技术的开关磁阻电机驱动系统设计[D]. 张俊鹏.哈尔滨理工大学 2015
[7]开关磁阻电机嵌入式控制系统研究[D]. 刘鑫.中国矿业大学 2014
[8]基于DSP的开关磁阻电机控制系统研究与设计[D]. 吴双鹤.天津理工大学 2014
[9]开关磁阻电机控制器优化设计的研究[D]. 杨国敏.中南大学 2012
[10]电动汽车用开关磁阻电机驱动系统研究[D]. 徐国胜.合肥工业大学 2012
本文编号：3384915
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电机的3D结构图
7第2章CAR-BLDCM的基本原理2.1CAR-BLDCM的结构拓扑电机的3D结构图如图2.1所示，CAR-BLDCM主要分为定子、转子、转轴、机壳和绕组。其中，定子固定在机壳上，转子固定在转轴上，绕组又分为固定在定子上的电枢绕组和固定在转轴中央的中央线圈绕组。图2.1电机的3D结构图Fig.2.13-DviewofmotorCAR-BLDCM是以无刷直流电机为基础，结合传统开关磁阻电机的结构特点和工作原理。它采用中央线圈代替永磁体进行励磁，避免在特殊环境下永磁体退磁的风险，并且中央线圈产生的辅助励磁磁场可以对由两套定转子绕组、机壳以及电机转轴组成的轴向磁路走向进行增磁或弱磁。通过对中央线圈通入的电流进行控制，提高电机的启动性能并且减小转矩脉动，同时增加了电机控制的灵活性以及电机的调速范围。图2.2电机的磁路走向图Fig.2.2MagneticcircuitdiagramofmotorCAR-BLDCM采用的是两组定转子的双凸极结构，左右两侧的转子通过转轴上的导磁材料连接在一起，定子极弧为24°，转子极弧为20°。电机定转子的极对数配合采用的是9/6，因此定子共有18个凸极，转子有12个凸极，其中定子外径260mm，转子外径沈阳工业大学硕士学位论文
终确定为24°和20°，这既保证了电机正常的启动也增加了定转子极弧的重叠面积，从而增加了电机的输出转矩。2.2CAR-BLDCM的工作原理CAR-BLDCM运行原理与SRM运行原理相同，遵循“磁阻最小原理”，即电机的磁通沿着磁阻最小的路径闭合，当电机内部磁场发生变化时，便会有磁拉力作用在电机转子上产生转矩使其向磁阻最小的位置运动。当电机定子电枢绕组通电时，定子凸极正对转子槽中间，由通电相定子凸极和与其构成磁阻最小路径的转子凸极产生相互之间的磁拉力。磁拉力牵引转子凸极转到与定子凸极相对的位置，即磁阻最小位置。如图2.3（a）所示，是电机磁阻最大位置处。如图2.3（b）所示，是电机磁阻最小位置处。a最大磁阻位置b最小磁阻位置图2.3电机定转子凸极相对位置Fig.2.3Relativepositionofstator/rotorsalientpoleofmotor由电机的拓扑结构可知，电机每一侧的电枢绕组均匀地分为A、B、C三相，每相均匀分布三为个凸极，一侧定子上的电枢绕组与另一侧对应的电枢绕组串联在一起构成一相，但缠绕方式相反，产生相反的磁路，以便构成闭合的磁路。如图2.4所示，当A相
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DSP的模糊PD控制算法的研究[J]. 孙雷,岳云涛. 电工技术学报. 2015(S1)
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[3]轴向磁通开关磁阻电机的起动发电研究现状[J]. 臧平宇,张广明,梅磊. 微特电机. 2014(09)
[4]开关磁阻电机非线性建模与开关角优化[J]. 张辉,瞿遂春,邱爱兵,王旭. 新型工业化. 2014(09)
[5]模型参数未知开关磁阻电机在线角度优化控制[J]. 陈海进,孙尚,孙鹏. 微电机. 2014(05)
[6]高速开关磁阻电机的变频调速控制[J]. 何雅慧,韦忠朝. 湖北工业大学学报. 2014(01)
[7]基于开关磁阻电动机的角度斩波控制研究[J]. 侯栋,李江,王世山. 微特电机. 2012(12)
[8]8/6极开关磁阻电机调速系统的建模与仿真[J]. 陆丽芳,尚群立. 杭州电子科技大学学报. 2012(06)
[9]基于STM32的开关磁阻电机角度位置控制系统[J]. 钟锐,徐宇柘,陆生礼. 计算机测量与控制. 2012(11)
[10]开关磁阻电机变角度电压斩波控制实现方法研究[J]. 程鹤,范江洋,马磊,余国军. 变频器世界. 2012(07)
硕士论文
[1]开关磁阻电机效率与转矩脉动优化控制设计[D]. 尹俊.东南大学 2016
[2]开关磁阻电机模糊PI控制及转矩脉动抑制技术研究[D]. 鹿泉峰.东南大学 2016
[3]基于DSP的开关磁阻电机控制系统及控制方法研究[D]. 张强.西安电子科技大学 2015
[4]电动车用开关磁阻电机驱动系统的设计与优化[D]. 吴慎华.大连理工大学 2015
[5]电动车开关磁阻驱动电机控制系统研究[D]. 杨洲.中国矿业大学 2015
[6]基于SOPC技术的开关磁阻电机驱动系统设计[D]. 张俊鹏.哈尔滨理工大学 2015
[7]开关磁阻电机嵌入式控制系统研究[D]. 刘鑫.中国矿业大学 2014
[8]基于DSP的开关磁阻电机控制系统研究与设计[D]. 吴双鹤.天津理工大学 2014
[9]开关磁阻电机控制器优化设计的研究[D]. 杨国敏.中南大学 2012
[10]电动汽车用开关磁阻电机驱动系统研究[D]. 徐国胜.合肥工业大学 2012
本文编号：3384915
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