多相开关磁阻电机功率变换器的研究

发布时间：2017-09-04 08:05

  本文关键词：多相开关磁阻电机功率变换器的研究

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【摘要】：多相开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有结构简单、控制灵活、制造成本低、容错能力强等一系列优点,同时能够弥补传统三相SRM功率密度低和转矩脉动大等缺陷,并具有更高的可靠性和容错性。但是相数的增加也会导致多相SRM功率变换器的器件数和成本显著增加,因此低成本高性能的SRM新型功率变换器研究具有重要意义。本文主要针对多相SRM提出了一种新型的功率变换器——多相N+2型功率变换器,解决了现有SRM功率变换器不能同时满足功率器件数少、控制灵活、容错能力好和适用性强等要求的问题,并对新型变换器的拓扑结构、工作原理、控制策略和性能进行了深入研究,比较了其与传统功率变换器在起动、额定、故障等状态下的性能,并实现了电机的优化控制。首先,为分析和验证新型变换器在多相SRM中具体应用的性能,本文以一台六相SRM样机为应用对象,建立了基于有限元仿真结果的SRM非线性MATLAB/SIMULINK仿真模型,对多相N+2型功率变换器在电流斩波控制、角度位置控制、电压斩波控制以及故障运行等不同工作状态下的性能进行了仿真和分析。通过与不对称半桥功率变换器和裂相式功率变换器对比,验证了多相N+2型功率变换器作用效果与二分之一直流电压下的不对称半桥功率变换器等效,其起动性能、额定出力性能、容错性能均优于裂相式功率变换器。其次,针对多相N+2型功率变换器作用下六相SRM额定状态存在转矩脉动较大和效率较低的问题,本文基于线性电感模型的理论分析,发现:由于相电流励磁初期过大而后期显著下降,等效电压为恒定电压的中点开关管固定占空比PWM控制会导致电机效率下降、转矩脉动增加。因此本文提出了等效电压为直流偏置正弦电压的中点开关管直流偏置SPWM控制,并对其幅值、相位、频率参数的合理选取以及对电机性能的影响进行了分析。通过与固定占空比PWM控制在不同速度下的仿真对比,验证了多相N+2型功率变换器中点开关管的直流偏置SPWM控制在电机输出效率、转矩脉动、转矩电流比等性能方面的优势。最后,采用本文所提出的多相N+2型功率变换器,基于dSPACE1104完成了六相SRM通用控制器的软硬件设计,并以实验室现有的一台六相12/10SRM样机为控制对象,实验验证了多相N+2型功率变换器在不同控制方式和故障运行下的性能、以及中点开关管直流偏置SPWM优化控制策略的有效性。
【关键词】：开关磁阻电机 多相 功率变换器 故障容错 优化控制 转矩脉动 效率 通用控制器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 课题研究背景15-16
• 1.2 SRM功率变换器的研究现状16-19
• 1.2.1 拓扑与控制改进16-18
• 1.2.2 全桥式变换器的应用18
• 1.2.3 集成与模块化18-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-20
• 第二章 多相开关磁阻电机功率变换器20-33
• 2.1 多相SRM驱动系统的构成20-22
• 2.2 多相SRM可用功率变换器22-27
• 2.2.1 不对称半桥式22-23
• 2.2.2 公共开关式23-24
• 2.2.3 裂相式24-25
• 2.2.4 C-dump式25-26
• 2.2.5 全桥式26-27
• 2.3 多相SRM功率变换器的选用要求27-28
• 2.4 多相SRM新型功率变换器的提出28-32
• 2.4.1 拓扑结构及由来28-30
• 2.4.2 运行原理30-31
• 2.4.3 特点与对比31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 多相N+2 型功率变换器及其性能分析33-58
• 3.1 引言33
• 3.2 工作模态33-38
• 3.3 解耦控制分析38
• 3.4 不同控制方式下的性能38-46
• 3.4.1 电流斩波控制40-42
• 3.4.2 角度位置控制42-43
• 3.4.3 电压斩波控制43-46
• 3.5 故障运行性能46-52
• 3.5.1 主开关管的断路故障47-48
• 3.5.2 中点开关管的断路故障48-52
• 3.6 与SRM两种典型功率变换器的性能对比52-56
• 3.6.1 与不对称半桥式的对比52-54
• 3.6.2 与无中点电容裂相式的对比54-56
• 3.7 本章小结56-58
• 第四章 中点开关管的优化控制58-70
• 4.1 引言58
• 4.2 固定占空比PWM控制58-59
• 4.3 多相SRM转矩脉动与效率改善的理论分析59-62
• 4.3.1 电感模型59-60
• 4.3.2 转矩脉动分析60-62
• 4.3.3 效率分析62
• 4.4 直流偏置SPWM控制62-65
• 4.4.1 工作原理63-64
• 4.4.2 控制参数的确定64-65
• 4.4.3 对电机性能的影响分析65
• 4.5 两种控制方法的对比65-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 多相SRM控制器设计与实验验证70-82
• 5.1 多相SRM控制器设计70-74
• 5.1.1 总体设计70-71
• 5.1.2 硬件设计71-72
• 5.1.3 dSPACE软件设计72-74
• 5.2 实验验证74-81
• 5.2.1 实验平台74-75
• 5.2.2 多相N+2 型功率变换器的基本控制实验75-78
• 5.2.3 多相N+2 型功率变换器的故障实验78-80
• 5.2.4 中点开关管的优化控制实验80-81
• 5.3 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 全文总结82
• 6.2 后续研究工作展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文89

【参考文献】

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1 朱学忠;王云林;张磊;管e鹐，

本文编号：790291