混合外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机及数字系统设计

发布时间：2017-09-24 00:46

  本文关键词：混合外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机及数字系统设计

  更多相关文章： 混合外转子 单绕组磁悬浮开关磁阻电机 数学建模 参数优化 数字控制系统

【摘要】：高速运转的需求导致传统机械轴承式电机的使用受到了很大的限制,而磁悬浮开关磁阻电机兼具开关磁阻电机和磁悬浮轴承的特点,具有损耗低、轴向利用率高、临界转速大等优点,在飞轮储能、航天航空等领域拥有广阔应用前景。经多年研究,国内外专家相继提出多种结构的磁悬浮开关磁阻电机。单绕组磁悬浮开关磁阻电机与双绕组磁悬浮开关磁阻电机相比,具有绕组利用率高、运行稳定、易于控制等优点,受到国内外学者的广泛关注。本文以12/8结构的混合外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机为研究对象,针对其运行原理、数学模型、本体优化设计、数字系统设计方面进行了深入研究。本文在国家自然科学基金(51377074)项目资助下开展研究工作,主要工作如下:(1)研究了12/8极混合外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构与工作原理,利用虚位移法与等效磁路法分别对凸极转子部分与圆盘转子部分进行数学建模,并利用有限元仿真软件验证数学模型的准确性,为电机参数优化提供理论基础。(2)对12/8极混合外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机进行本体设计,推导了主体尺寸计算公式。用有限元单一变量法对电机结构参数进行了分析,根据各参数对转矩、悬浮力的影响找出需要优化的关键参数。(3)采用粒子群优化算法对12/8极混合外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电机关键参数进行优化,建立电机性能的多目标优化函数,设计了电机参数的优化流程,用有限元分析验证了优化结果的可靠性。(4)构建了以DSP和FPGA为核心的高速数字控制系统,在硬件系统中设计了功率变换电路、保护电路、信号检测电路、硬件接口电路;在软件系统中给出了主程序、初始化程序以及中断程序。最后,总结了本文所开展的工作,并提出了下一步需要研究的内容和重点。
【关键词】：混合外转子 单绕组磁悬浮开关磁阻电机 数学建模 参数优化 数字控制系统
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 磁悬浮开关磁阻电机研究背景及意义10-13
• 1.1.1 磁悬浮开关磁阻电机研究背景10-12
• 1.1.2 磁悬浮开关磁阻电机研究意义12-13
• 1.2 国内外BSRM的研究现状13-16
• 1.3 本文的研究内容与结构安排16-18
• 第二章 混合外转子SWBSRM结构和工作原理18-25
• 2.1 磁悬浮开关磁阻电机结构和工作原理18-20
• 2.1.1 12/8 双绕组BSRM结构与工作原理18-19
• 2.1.2 12/8 单绕组BSRM结构与工作原理19-20
• 2.2 混合外转子SWBSRM结构和工作原理20-24
• 2.2.1 混合外转子SWBSRM结构20-21
• 2.2.2 混合外转子SWBSRM工作原理21-23
• 2.2.3 混合外转子SWBSRM发电运行机理23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 混合外转子SWBSRM数学建模25-35
• 3.1 凸极转子数学模型25-31
• 3.1.1 数学模型的假设条件25-26
• 3.1.2 气隙磁导的计算26-27
• 3.1.3 电感矩阵27-30
• 3.1.4 径向力和转矩模型30-31
• 3.2 圆盘形转子数学模型31-32
• 3.3 数学模型的有限元验证32-34
• 3.3.1 凸极转子数学模型验证33
• 3.3.2 圆盘转子数学模型验证33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 混合外转子SWBSRM本体设计及粒子群优化35-51
• 4.1 混合外转子SWBSRM主要参数计算35-40
• 4.1.1 主体尺寸计算公式35-37
• 4.1.2 绕组匝数计算公式37-38
• 4.1.3 电机基本尺寸公式38-40
• 4.2 实验样机初步设计40-42
• 4.2.1 主体尺寸计算40-41
• 4.2.2 绕组参数计算41
• 4.2.3 基本尺寸确定41-42
• 4.3 主要参数分析42-46
• 4.3.1 定子轭高分析42-43
• 4.3.2 转子轭高分析43-44
• 4.3.3 定子外径分析44
• 4.3.4 气隙参数分析44-45
• 4.3.5 悬浮圆盘参数45-46
• 4.4 混合外转子SWBSRM的参数优化46-50
• 4.4.0 粒子群算法的基本原理46-47
• 4.4.1 基于PSO电机参数的优化步骤47-48
• 4.4.2 基于PSO的电机参数优化设计48
• 4.4.3 参数优化流程48-49
• 4.4.4 优化结果分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 12/8 极混合外转子SWBSRM高速数字系统设计51-60
• 5.1 高速数字控制系统的总体方案51-52
• 5.2 控制系统设计52-53
• 5.2.1 DSP与FPGA简介52
• 5.2.2 DSP与FPGA功能分配52-53
• 5.3 功率变换电路与保护电路53-54
• 5.3.1 功率变换电路53-54
• 5.3.2 保护电路54
• 5.4 信号检测与硬件接口54-58
• 5.4.1 转子径向位移检测54-56
• 5.4.2 转子位置检测56-57
• 5.4.3 绕组电流检测与信号调理57
• 5.4.4 硬件接口电路57-58
• 5.5 程序设计流程58-59
• 5.6 本章总结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 本文主要工作60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-69
• 致谢69-70
• 读研期间发表的论文70

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