破壁机用高速开关磁阻电机的控制

发布时间：2020-06-18 13:25

【摘要】：近年来,破壁机的出现迎合了人们高品质、精细化的养生理念,应用日益广泛。作为破壁机的核心部件,驱动电机的性能对破壁机有重要影响。破壁机电机运行转速一般在2万转/分以上,现在国内普遍采用串激电机作为驱动。串激电机成本低,转矩输出特性符合破壁机工况要求,但串激电机必须使用换向器和电刷才能运行,换向时易产生火花,电刷易摩擦损坏,影响系统整体可靠性与寿命。高速电机在向着无刷方向发展,如异步感应电机、永磁电机和开关磁阻电机等。异步感应电机易起动,成本低,不需位置传感器,但电机功率因数低,起动电流大,起动转矩小,不满足破壁要求。永磁电机功率因数高,效率高,但转子上嵌有永磁体,转子强度低,且永磁体价格贵,高速弱磁控制复杂。相比较而言,开关磁阻电机结构简单,起动电流小,起动转矩大,整体效率高,转子上既无绕组也无永磁体,不需要换向器和电刷,容易实现高速运转,欧美等国家已开始在破壁机上研制应用。国内对开关磁阻电机的研究始于上世纪90年代,近十年来已在普通工业场合得到推广,电机转速普遍在1500转/分左右。国内对于高速开关磁阻电机的研究刚刚起步,南航等个别高校试制了航空航天用高速开关磁阻电机样机,但没有实际应用。本文针对破壁机应用需求,研究解决高速开关磁阻电机的设计与控制等关键技术问题,利用先进的微处理器及集成芯片,依托现代控制理论开发出适用于破壁机的高速开关磁阻电机控制系统。本文首先在线性数学模型下分析了开关磁阻电机转矩与电流、位置角之间的关系,提出了分转速区域的多种控制方式相结合的综合策略,以满足电机低速输出大转矩、高速换相控制速度快的要求;其次利用Matlab/Simulink环境搭建了系统模型并进行了仿真,改进了传统PID算法,结合电机调速的具体特性,采用了饱和的增量式PI算法,实现开关磁阻电机最高转速4万转/分的调速目标;最后本文综合考虑了系统性能和成本,设计了以ARM公司STM32F103作为控制核心、以智能功率模块IPM为驱动的开关磁阻电机控制器,以模块化的思想完成了系统初始化程序和各个中断服务子程序,并搭建实验平台进行了开关磁阻电机样机的测试。实验表明本文设计的高速开关磁阻电机控制系统符合预期目标,低速运行时输出转矩大,高速运行时系统响应快,转速超调量小,并能根据不同的应用特性设定转矩输出曲线,调整方便。高速开关磁阻电机具有系统高效、高可靠性、低成本等优点,本文的相关工作不仅可用于破壁机,在其它高速场合也易于借鉴实现,对高速开关磁阻电机技术的发展具有推动作用。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM352
【图文】：

电机系统是一个复杂的调速系统，控制难度一方面表现在控制算法上整个系统的结构。与传统交流电机不同，SR 电机定、转子由高导磁率成的双凸机结构，只在定子上集中嵌入绕组；SR 电机兼有直流调速和的优点，正常工作时绕组依次通入断续电流，铁芯磁路处于高度饱和的直接接入交流电压，必须经过功率变换器在芯片的控制作用下给磁阻电以，电源电压、电流、导通角、关断角均为 SR 电机的控制参数，控制于 SR 电机绕组电流为非正弦波形，定、转子的的双凸机形状，磁场分法得到简单、单一的分析模型，传统的电机解析模型并不适用于分析 SRSR 电机闭环调速系统的构成关磁阻电机调速系统主要包括 SR 电机本体、功率变换器、位置检测器路四部分组成[13]。系统结构如图 2.1 所示。

它的大小仅与负载转矩有关。考虑的。不同规格的 SR 电机，不同的电件下，SR 电机对应的机械调速曲线均不同的分布。在上述两个速度区域内，分别求的机械特性，这也表明了 SR 电机的调机的驱动电机。3.2 本设计中 SR 电机的控制方案在本设计中，一方面要通过电机控制面对于破壁机多种档位转速的要求同样不（1）针对液体食材的破壁，系统要求额食材要求最高转速 40000r /min；（3）具40000r /min 内的转速稳定调节并且在调制策略是无法满足要求的，需要寻求在不设计中，对 SR 电机在不同转速区间

【参考文献】

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本文编号：2719309