高速永磁无刷直流电机电磁设计和转矩脉动抑制研究
发布时间：2023-04-21 17:58
高速永磁无刷直流电机具有较高的功率密度及运行可靠性,在诸多领域中有着广阔的应用前景。和同功率的常速电机相比,高速电机体积较小,散热相对困难,具有较大的损耗密度,这就决定了其不同于常速电机特有的设计方式。转矩是衡量电机性能的一大指标,如果转矩出现较大脉动,会对电机运行的稳定性造成威胁。因此研究高速无刷直流电机的电磁设计和转矩脉动抑制具有较大的工程实际意义。随着计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)的飞快发展,基于软件的仿真设计和控制正逐步成为现代电机设计研发和驱动控制创新的一个重要方法。目前,ANSYS旗下的软件Maxwell可实现电机的2D、3D设计及有限元分析,其包含的RMxprt模块采用磁路法设计电机,可加快电机设计速度。此外,ANSYS中的Simplorer可实现电力电子器件的仿真及控制系统设计。因而Maxwell+Simplorer的联合仿真实现了电机设计、驱动、控制系统一体化设计。同时,Simplorer提供与MATLAB/Simulink的接口,大大加快了控制方案的设计速度,实现Maxwell+Simplorer+Simulink的联...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 高速永磁电机设计关键问题
1.2.1 定子设计
1.2.2 转子设计
1.2.3 轴承设计
1.3 国内外高速无刷直流电机研究现状
1.4 转矩脉动产生原因
1.5 国内外转矩脉动抑制研究现状
1.5.1 齿槽转矩抑制技术
1.5.2 非理想反电动势转矩脉动抑制技术
1.5.3 换相转矩脉动抑制技术
1.5.4 PWM调制方式下的转矩脉动抑制技术
1.5.5 滑模控制器的应用
1.6 本文的研究思路与章节安排
第二章 高速永磁无刷直流电机电磁设计与有限元分析
2.1 高速无刷直流电机磁路法设计
2.1.1 电机结构和相关参数确定
2.1.2 RMxprt模型参数
2.2 高速永磁无刷直流电机有限元分析
2.2.1 高速无刷直流电机模型静态场分析
2.2.2 高速无刷直流电机模型瞬态场分析
2.2.3 高速无刷直流电机铁心损耗分析
2.3 本章小结
第三章 高速永磁无刷直流电机运行原理
3.1 BLDCM驱动系统结构
3.2 六拍控制原理
3.2.1 理想反电动势下数学模型
3.2.2 理想反电动势电磁转矩计算
3.2.3 非理想反电动势下的电磁转矩计算
3.2.4 PWM斩波控制
3.3 矢量控制原理
3.3.1 坐标变换
3.3.2 正弦波电机dq坐标系下的数学模型
3.3.3 矢量控制系统
3.4 本章小结
第四章 PWM调制模式及频率对转矩脉动的影响分析
4.1 PWM调制方式对转矩脉动的影响
4.1.1 PWM调制方式对非换相转矩脉动的影响
4.1.2 PWM调制方式对换相转矩脉动的影响
4.1.3 PWMONPWM调制方式及实现
4.2 PWM调制频率对转矩脉动的影响
4.2.1 导通期间PWM频率对转矩脉动的影响分析
4.2.2 换相期间PWM频率对转矩脉动的影响分析
4.3 单电流环下的电流尖峰及转矩
4.4 基于Simplorer仿真和实验
4.4.1 Simplorer介绍
4.4.2 不同调制方式下非导通相电流尾巴及转矩
4.4.3 PWMONPWM下同速不同PWM频率仿真
4.4.4 PWMONPWM下同速不同PWM频率实验
4.5 本章小结
第五章 基于滑模控制器的转矩脉动抑制方法
5.1 控制系统设计
5.2 非奇异快速终端滑模电流控制器设计
5.2.1 电流控制器设计
5.2.2 q轴电流控制器设计
5.2.3 d轴电流控制器设计
5.3 Maxwell、Simplorer和 Matlab三联仿
5.4 仿真结果分析
5.5 本章小节
第六章 结束语
6.1 主要工作与创新点
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
本文编号：3795980
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 高速永磁电机设计关键问题
1.2.1 定子设计
1.2.2 转子设计
1.2.3 轴承设计
1.3 国内外高速无刷直流电机研究现状
1.4 转矩脉动产生原因
1.5 国内外转矩脉动抑制研究现状
1.5.1 齿槽转矩抑制技术
1.5.2 非理想反电动势转矩脉动抑制技术
1.5.3 换相转矩脉动抑制技术
1.5.4 PWM调制方式下的转矩脉动抑制技术
1.5.5 滑模控制器的应用
1.6 本文的研究思路与章节安排
第二章 高速永磁无刷直流电机电磁设计与有限元分析
2.1 高速无刷直流电机磁路法设计
2.1.1 电机结构和相关参数确定
2.1.2 RMxprt模型参数
2.2 高速永磁无刷直流电机有限元分析
2.2.1 高速无刷直流电机模型静态场分析
2.2.2 高速无刷直流电机模型瞬态场分析
2.2.3 高速无刷直流电机铁心损耗分析
2.3 本章小结
第三章 高速永磁无刷直流电机运行原理
3.1 BLDCM驱动系统结构
3.2 六拍控制原理
3.2.1 理想反电动势下数学模型
3.2.2 理想反电动势电磁转矩计算
3.2.3 非理想反电动势下的电磁转矩计算
3.2.4 PWM斩波控制
3.3 矢量控制原理
3.3.1 坐标变换
3.3.2 正弦波电机dq坐标系下的数学模型
3.3.3 矢量控制系统
3.4 本章小结
第四章 PWM调制模式及频率对转矩脉动的影响分析
4.1 PWM调制方式对转矩脉动的影响
4.1.1 PWM调制方式对非换相转矩脉动的影响
4.1.2 PWM调制方式对换相转矩脉动的影响
4.1.3 PWMONPWM调制方式及实现
4.2 PWM调制频率对转矩脉动的影响
4.2.1 导通期间PWM频率对转矩脉动的影响分析
4.2.2 换相期间PWM频率对转矩脉动的影响分析
4.3 单电流环下的电流尖峰及转矩
4.4 基于Simplorer仿真和实验
4.4.1 Simplorer介绍
4.4.2 不同调制方式下非导通相电流尾巴及转矩
4.4.3 PWMONPWM下同速不同PWM频率仿真
4.4.4 PWMONPWM下同速不同PWM频率实验
4.5 本章小结
第五章 基于滑模控制器的转矩脉动抑制方法
5.1 控制系统设计
5.2 非奇异快速终端滑模电流控制器设计
5.2.1 电流控制器设计
5.2.2 q轴电流控制器设计
5.2.3 d轴电流控制器设计
5.3 Maxwell、Simplorer和 Matlab三联仿
5.4 仿真结果分析
5.5 本章小节
第六章 结束语
6.1 主要工作与创新点
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
本文编号：3795980
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3795980.html
