开关磁阻电动机转矩脉动抑制控制策略研究及控制器设计

发布时间：2020-06-08 23:45

【摘要】：随着能源短缺和环境恶化,我国越加重视新能源产业的战略地位,并大力推进电动汽车产业发展。而电动机作为电动汽车的动力部件,是决定电动汽车性能指标的核心因素。随着研究发现,开关磁阻电动机在这方面有着非常大的潜在优势。该电机不仅具有结构简单、调速范围宽,控制灵活,能够在高温升的恶劣条件下运行的优势,而且能够在很小的电流下实现快速启动和频繁的正反转,并同时保证高精度、高输出的性能指标。开关磁阻电动机本应该得到大范围推广,但是由于其固有的双凸极结构,使得其在运转时会产生过大的转矩脉动和噪声,大大降低了电机运行的稳定性。过大的转矩脉动限制了开关磁阻电动机的推广,使得如何抑制开关磁阻电动机转矩脉动成为了一大研究热点。本文首先介绍了开关磁阻电动机的结构并分析了其运行原理,其次使用Ansoft软件对开关磁阻电动机进行有限元分析得到其运行数据,然后将数据参数导入MATLAB软件中,并使用二维查表法建立了开关磁阻电动机仿真模型。随后分析讨论了直接瞬时转矩控制方法原理,之后根据其原理搭建了仿真模型,并与传统电流斩波控制方法进行比较,通过仿真结果发现直接瞬时转矩控制方法对转矩脉动抑制效果要远远好于电流斩波控制方法。直接瞬时转矩控制可以很大程度上抑制转矩脉动产生,但该方法同样存在局限性。在高转速条件下仿真,电动机在换相区间会产生较大的转矩脉动,通过对波形的分析得出是由后一相绕组峰值电流过大并且未能及时降低,导致了下一时刻转矩脉动过大。根据分析结果对直接瞬时转矩控制方法进行了改进,在换相期间加入分压电阻限制峰值电流产生,通过仿真发现改进型直接瞬时转矩控制方法对转矩脉动抑制效果得到了进一步的优化。最后使用STM32F103芯片设计了开关磁阻电动机调速控制器,主要包括功率变换模块、驱动模块、检测模块和保护模块的软硬件设计,并通过实验测得了相应波形。
【图文】：

结构图,开关磁阻电动机,结构图

的额定功率和额定转速，最后根据开关磁阻电动机的设计公式以及设计经验求出电动机结构参数，为 Ansoft/Maxwell 软件提供仿真数据基础。2.1 开关磁阻电动机结构开关磁阻电动机相对于异步电机、同步电机等传统电机结构十分简单。其定子和转子都是采用凸极结构，学术上将这种结构称之为双凸极结构。虽然开关磁阻电动机的定子和转子同样是由硅钢片压叠而成，但是此类电机只须在定子上缠绕集中绕组，而转子即不需要永磁体，也不用缠绕绕组。因此开关磁阻电动机比其他传统电机制造工艺简单且成本低廉。定子极上两个机械角相差 180度的绕组称为“一相”，开关磁阻电动机有许多种类，一般按照相数结构和定、转子极数分类。例如绕组相数为两相。定转子极数分别为 4极和 2 极的开关磁阻电动机可写成：两相 4/2 开关磁阻电动机。由于三相以下的开关磁阻电动机不具备自启动能力，，因此现今较为常用的电机通常为三相或四相电动机，如图 2.1 所示分别为三相 6/4、四相 8/6、三相 12/8 开关磁阻电动机结构

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开关磁阻电动机结构ABC ABCBCDAABCDBCAABCABCABC图 2.1 开关磁阻电动机结构图2.2 开关磁阻电动机运行原理开关磁阻电动机依据“磁阻最小原理”运转，如图 2.2所示为 6/4开关磁阻电动机一相绕组运行原理截面图。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM352

【参考文献】