四相电励磁双凸极电动机控制拓扑研究

发布时间：2017-08-26 10:13

  本文关键词：四相电励磁双凸极电动机控制拓扑研究

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【摘要】：电励磁双凸极电机结构简单、可靠性高、励磁可调、控制灵活,有较大的研究和应用价值。本文主要研究了四相电励磁双凸极电动机(WFDSM)的驱动系统,详细分析了四相WFDSM在传统控制拓扑和励磁复用的新型控制拓扑下的工作原理。本文首先推导了四相WFDSM的数学模型,阐述了它的工作原理,对单相通电情况进行了有限元仿真,得到输出最大平均转矩对应的优化导通区间。对传统控制拓扑下四相WFDSM在标准角控制和提前角控制下的工作模态进行了分析与仿真,采用适当提前角控制有利于提高相电流,并使相电流在优化导通区间内达到较大值,从而可以提高电机输出功率。为了考虑温升对绕组电阻及铜损的影响,对四相WFDSM的磁场-热场进行了耦合仿真,仿真结果表明:该电动机的主要损耗为铜损,由于绕组是主要的热源载荷,且绕组散热条件差,导致其温度较高。其次,提出了一种励磁复用的新型控制拓扑,其励磁绕组不仅为电机提供励磁磁场,而且作为Buck变换器的电感。论文对励磁复用的新型控制拓扑的典型电流型工作模式、典型电压型工作模式以及一般工作模式进行了分析与仿真。低速轻载时,电机工作于电流型模式的区间长;高速重载时,电机工作于电流型模式的区间短。最后,基于LabVIEWFPGA平台,设计了四相WFDSM控制系统,实现了位置信号处理、转速计算、逆变器控制、闭环控制以及保护等功能。通过实验获得了电机的机械特性,并对电动机进行了闭环控制,实验结果验证了四相WFDSM在励磁复用的新型控制拓扑下具有良好的运行性能。
【关键词】：电励磁双凸极电机 驱动系统 热分析 励磁复用 电流型 LabVIEW FPGA
【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】：2015
【分类号】：TM301
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 电励磁双凸极电机研究现状13-15
• 1.2 电机损耗与温升研究的意义与现状15-16
• 1.3 虚拟仪器在电机研究平台的利用16-18
• 1.4 课题研究内容18-20
• 第二章 四相电励磁双凸极电动机工作原理与热分析20-46
• 2.1 四相WFDSM的数学模型20-22
• 2.2 四相WFDSM的工作原理22-24
• 2.3 四相WFDSM单相通电控制仿真分析24-27
• 2.4 传统控制拓扑下四相WFDSM的电动特性27-34
• 2.4.1 标准角控制27-30
• 2.4.2 提前角控制30-34
• 2.5 电动机热场分析34-44
• 2.5.1 损耗计算34-36
• 2.5.2 电动机温度场ANSYS仿真流程36-40
• 2.5.3 电动机电磁-热单向耦合稳态热分析40-41
• 2.5.4 电动机电磁-热单向耦合瞬态热分析41-43
• 2.5.5 电动机电磁-热双向耦合稳态热分析43-44
• 2.6 本章小结44-46
• 第三章 励磁复用的电励磁双凸极电动机工作原理46-57
• 3.1 励磁复用的新型控制拓扑46
• 3.2 励磁复用的电励磁双凸极电动机工作原理分析46-50
• 3.3 励磁复用的电励磁双凸极电动机仿真分析50-55
• 3.3.1 典型电流型工作模式仿真分析50-52
• 3.3.2 典型电压型工作模式仿真分析52-54
• 3.3.3 一般工作模式仿真分析54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 基于LabVIEW FPGA的控制系统软件设计及实验分析57-86
• 4.1 软件介绍57-58
• 4.2 硬件介绍58
• 4.3 控制系统概述58-61
• 4.4 控制程序各功能模块具体实现61-74
• 4.4.1 位置信号处理61-62
• 4.4.2 转速计算62-66
• 4.4.3 位置信号校对66-67
• 4.4.4 逆变器控制67-70
• 4.4.5 闭环控制70-73
• 4.4.6 保护程序73-74
• 4.5 实验分析74-85
• 4.5.1 实验平台74-75
• 4.5.2 传统控制拓扑下的实验及分析75-78
• 4.5.3 励磁复用的新型控制拓扑下的实验及分析78-85
• 4.6 本章小结85-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 5.1 工作总结86-87
• 5.2 后续研究展望87-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-93
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文93

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本文编号：740988