低转矩脉动的单相开关磁阻电机设计与控制

发布时间：2017-09-21 00:21

  本文关键词：低转矩脉动的单相开关磁阻电机设计与控制

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【摘要】：开关磁阻电机(SR电机)及其驱动系统能满足宽广的运行速度和全象限运行要求,具有良好的机械特性和强大的容错能力。然而,较大的转矩脉动是SR电机的固有缺陷,制约着它的发展。本文设计一种控制相对简单、性价比较高的单相SR电机,并从样机结构参数和控制策略两方面实现其低转矩脉动的控制要求。首先,概述各种不同相数SR电机和不同结构单相SR电机的研究现状,设计一台添加永磁体辅助起动的功率为900W、额定转速为16200r/min单相4/2极SR电机,通过Ansoft有限元分析软件对样机的静态电磁特性和动态性能进行仿真,验证了设计的正确性。鉴于径向力和转矩脉动的密切联系,提出一种基于麦克斯韦张量法计算单相SR电机径向力的新方法,仿真结果准确的描述了单相SR电机径向力的特征。同时,以降低转矩脉动为目标,从定子极弧和铁心长度等方向降低径向力幅值,获得单相SR电机最优化的结构尺寸。其次,利用静磁场下获得的单相SR电机磁化曲线和矩角曲线,在Simulink环境中依据二维查表法创建其电感法、磁链法和电流法三种非线性本体模型。并且从仿真速度快、精度高等优越性能的电流法模型出发,验证电流法建模的正确性和精确性。接着为进一步实现对电机转矩脉动的抑制,以SR电机数学模型和变结构控制理论为基础,建立了基于变结构控制器的直接转矩控制系统,并与传统PI控制技术对比,在Matlab/Simulink中进行了仿真,验证了该控制策略对转矩脉动有更好的抑制作用。
【关键词】：单相开关磁阻电机 Maxwell 2D 径向力 电流法模型 变结构直接转矩控制
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景与意义9-11
• 1.2 SR电机研究现状11-16
• 1.2.1 不同相数的SR电机11-13
• 1.2.2 单相SR电机研究现状13-16
• 1.3 低转矩脉动的研究现状16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-19
• 第二章 单相SR电机分析19-26
• 2.1 单相SR电机基本结构19
• 2.2 单相SR电机工作原理19-20
• 2.3 单相SR电机数学模型20-21
• 2.3.1 单相SR电机电路方程20-21
• 2.3.2 单相SR电机机械方程21
• 2.4 单相SR电机线性模型分析21-23
• 2.5 单相SR电机自起动分析23-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 单相SR电机的设计26-41
• 3.1 电磁负荷与结构尺寸26-30
• 3.1.1 电磁负荷26-27
• 3.1.2 主要尺寸关系式27-28
• 3.1.3 其他参数28-30
• 3.2 结构设计30-33
• 3.2.1 电机相数和极数30
• 3.2.2 额定参数30
• 3.2.3 主要尺寸30
• 3.2.4 其他结构尺寸及绕组匝数30-33
• 3.3 单相SR电机有限元仿真33-40
• 3.3.1 静磁场分析34-36
• 3.3.2 瞬态磁场分析36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 低转矩脉动的单相SR电机结构参数优化41-53
• 4.1 电机参数对电机性能的影响41-43
• 4.1.1 极弧41-42
• 4.1.2 定转子外径42
• 4.1.3 铁心长度42
• 4.1.4 气隙42-43
• 4.1.5 绕组匝数43
• 4.2 径向力与转矩脉动43-44
• 4.3 径向力数学模型44-45
• 4.4 径向力的仿真45-50
• 4.4.1 磁密的计算45-47
• 4.4.2 径向力的计算47-50
• 4.5 结构参数的优化50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第五章 单相SR电机本体建模53-64
• 5.1 单相SR电机建模方法53-54
• 5.1.1 线性和准线性建模方法53
• 5.1.2 非线性建模方法53-54
• 5.1.3 相间耦合建模的方法54
• 5.2 开关磁阻电机的本体建模54-61
• 5.2.1 单相SR电机的特性曲线54-56
• 5.2.2 电感法模型56-58
• 5.2.3 磁链法模型58-59
• 5.2.4 电流法模型59-61
• 5.3 电流法模型的仿真61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 基于变结构控制的单相SR电机闭环系统64-75
• 6.1 单相SR电机仿真模型64-65
• 6.2 SR 电机运行特性与经典控制65-67
• 6.2.1 角度位置控制65-66
• 6.2.2 电流斩波控制66
• 6.2.3 电压PWM控制66-67
• 6.3 抑制转矩脉动的控制策略67-68
• 6.4 直接转矩控制技术68-69
• 6.5 变结构控制器的设计69-71
• 6.5.1 基本原理70
• 6.5.2 滑模控制器设计70-71
• 6.6 仿真结果和分析71-74
• 6.7 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 总结75-76
• 7.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间主要的研究成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙剑波,詹琼华;开关磁阻电动机的径向力计算[J];微特电机;2005年01期

2 彭德奇;李华柏;谭平;;基于ANSOFT的开关磁阻电动机转矩分析[J];微特电机;2014年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曹鑫;12/8极无轴承开关磁阻电机的研究[D];南京航空航天大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张倩影;无轴承开关磁阻电机转子偏心振动控制[D];南京航空航天大学;2011年

2 欧阳启;电动车用开关磁阻电机控制系统研究及实现[D];湖南大学;2006年

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本文编号：891278