高速两相开关磁阻电机及其驱动系统的研究

发布时间：2017-09-23 11:14

  本文关键词：高速两相开关磁阻电机及其驱动系统的研究

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【摘要】：打磨机等高速电动工具通常采用单相串激电机驱动,具有起动转矩高、空载转速高、结构紧凑、成本低廉等特点,但由于存在换向器和碳刷,影响到其使用寿命和可靠性。两相开关磁阻电机具有很好的串激特性,并且无换向器和滑环,结构简单、成本适中,是高速电动工具的理想驱动电机,本文以打磨机工具为驱动对象,研究开发高速两相开关磁阻电机系统,主要包括以下内容：首先,阐述了开关磁阻电机的基本结构,在线性模型下对该电机的电感特性、转矩特性、运行特性进行了分析,在原理分析的基础上总结了开关磁阻电机的控制方式。然后针对两相开关磁阻电机自起动问题及运行原理进行分析。其次,基于打磨机电动工具驱动要求,对高速两相开关磁阻电机进行了电磁设计研究。建立了两相开关磁阻电机的电磁场有限元仿真研究模型,研究了阶梯气隙大小、阶梯气隙角度、绕组每相串联匝数等参数对电机自起动能力、转矩脉动等性能的影响,给出了电机电磁设计优化方案,并经电磁场有限元动态仿真,研究电机的动态性能。再次,基于前述建立的开关磁阻电机仿真模型,通过分析电机的控制策略和输出特性,采用STM8S003F3单片机作为主控芯片,不对称半桥电路作为驱动电路,对打磨机驱动用高速两相开关磁阻电机的控制系统进行了研究。最后,在上述的研究工作基础上,制作出一台高速两相开关磁阻电机及其相应的驱动控制系统,同时进行了电机样机的打磨机驱动试验,试验表明所开发的高速两相开关磁阻电机系统具有良好的性能,能够替代原有的串激电机驱动打磨机电动工具。
【关键词】：电动工具 两相开关磁阻电机 电磁设计 驱动控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 课题研究的背景和意义13-14
• 1.2 两相开关磁阻电机驱动打磨机的适用性14-15
• 1.2.1 串激电机14-15
• 1.2.2 两相开关磁阻电机驱动打磨机的优势15
• 1.3 开关磁阻电机的发展概况15-16
• 1.4 两相开关磁阻电机的发展现状16-20
• 1.4.1 定子结构优化的两相开关磁阻电机17-18
• 1.4.2 转子结构优化的两相开关磁阻电机18-19
• 1.4.3 分块式转子的两相开关磁阻电机19-20
• 1.5 本文的研究内容20-22
• 第2章 开关磁阻电机的基本结构与原理22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 开关磁阻电机系统的基本结构22-23
• 2.3 开关磁阻电机的解析分析23-28
• 2.2.1 开关磁阻电机的基本平衡方程24-25
• 2.2.2 开关磁阻电机电感的线性分析25-27
• 2.2.3 开关磁阻电机运行特性的分析27-28
• 2.4 开关磁阻电机的控制方式28-29
• 2.5 两相开关磁阻电机的起动和工作原理29-32
• 2.5.1 两相开关磁阻电机的自起动问题29-31
• 2.5.2 两相开关磁阻电机的工作原理31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 两相开关磁阻电机的电磁设计与控制策略的研究33-48
• 3.1 引言33
• 3.2 两相开关磁阻电机的初始设计33-36
• 3.2.1 打磨机工具的部分尺寸与性能要求33-34
• 3.2.2 电机基本结构的确定34-35
• 3.2.3 电机主要尺寸的确定35-36
• 3.3 阶梯型气隙结构的设计36-39
• 3.4 电机设计方案的仿真验证39-42
• 3.5 位置检测装置的设计42-44
• 3.6 电机驱动系统的控制策略44-46
• 3.6.1 PWM调压控制44-45
• 3.6.2 角度位置控制45-46
• 3.6.3 转速闭环控制46
• 3.7 本章小结46-48
• 第4章 两相开关磁阻电机控制系统的设计48-61
• 4.1 系统硬件设计48-55
• 4.1.1 逻辑控制模块49
• 4.1.2 功率模块49-50
• 4.1.3 驱动模块50-52
• 4.1.4 检测模块52-53
• 4.1.5 电源模块53-55
• 4.2 系统软件设计55-59
• 4.2.1 电机系统状态分析55-56
• 4.2.2 软件总体结构56-58
• 4.2.3 转速计算与位置检测58-59
• 4.2.4 PWM软件功能的实现59
• 4.3 本章小结59-61
• 第5章 两相开关磁阻电机的实验与分析61-67
• 5.1 实验样机系统61-62
• 5.2 位置信号检测62
• 5.3 功率元件测试62-63
• 5.4 开通角和关断角对电流波形的影响63-65
• 5.5 空载和负载实验的分析65-66
• 5.6 电机整体性能测试66
• 5.7 本章小结66-67
• 第6章 全文总结67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间发表的学术论文目录75-76
• 学位论文评阅及答辩情况表76

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本文编号：904934