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非对称转子结构开关磁阻电机及其转矩脉动抑制的研究

发布时间:2017-10-12 21:12  文章来源:笔耕文化传播

  本文关键词:非对称转子结构开关磁阻电机及其转矩脉动抑制的研究


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【摘要】:两相开关磁阻电机是具有较少相数的一类电机,正是电机相数的减少使其结构更加简单、成本更加低廉,极其适合应用于高速或家用电器领域。两相开关磁阻电机虽具有诸多优点,但同时也存在特殊位置不能自启动、转矩脉动大和振动噪声严重的问题。本文提出一种新型非对称转子结构的两相开关磁阻电机,该电机不仅能解决自启动问题,同时能有效抑制电机转矩脉动和降低系统噪声。论文针对该种电机工作机理、结构参数优化及其转矩脉动抑制技术展开研究,主要研究工作如下:首先,通过对非对称转子结构开关磁阻电机基本结构及工作机理的分析,探讨采用非对称转子实现电机自启动的机理及对电机磁路、磁链和电感的影响。改进基于特殊位置磁链曲线的非线性模型,建立适合于非对称转子结构开关磁阻电机的简化磁链模型,为提高简化磁链模型的建模精度,研究改进基于四条磁化曲线拟合的磁链解析模型,并通过仿真验证该磁链解析模型的建模精度。其次,分析非对称转子结构开关磁阻电机工作时磁通自由切换的机理及定转子齿部的磁饱和情况,确定电机定转子轭高的最优选取原则,利用有限元仿真验证选取原则的合理性。探讨影响电机磁通自由切换时转矩脉动的结构参数,通过有限元仿真优化分析上述结构参数,寻求磁通自由切换最平稳时电机最优的结构参数。总结不同结构参数对电机磁链、电感和转矩输出特性的影响规律,归纳出该种电机的设计和参数优化方法。其三,针对不对称半桥变换器驱动非对称转子结构开关磁阻电机换向时转矩脉动大的问题,提出无源升压功率变换电路驱动的方案。研究该功率变换电路通过绕组升压降低换相时励磁、退磁时间进而抑制转矩波动的机理,并利用非线性仿真模型进行仿真,验证无源升压功率变换电路抑制电机转矩脉动的可行性。其四,分析非对称转子结构开关磁阻电机换向时电流和转矩特性,提出具有负转矩补偿的改进型转矩分配函数,以抑制电机换向时产生的负转矩,为进一步提高改进型转矩分配函数抑制转矩脉动的能力,将角度位置控制引入至改进型转矩分配函数,并通过系统仿真验证改进型转矩分配函数对抑制转矩脉动有效性。最后,研制一台非对称转子结构开关磁阻电机,完成电机的静态特性测试,并与仿真数据对比得出样机实测值和理论值的误差,分析误差产生的原因。
【关键词】:非对称转子 开关磁阻电机 功率变换电路 转矩脉动抑制
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM352
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义10
  • 1.2 开关磁阻电机的国内外研究现状10-19
  • 1.2.1 开关磁阻电机的本体结构11-15
  • 1.2.2 开关磁阻电机的功率变换电路15-17
  • 1.2.3 开关磁阻电机的控制策略17-19
  • 1.3 本文的主要研究内容19-20
  • 第2章 非对称转子结构开关磁阻电机的电磁特性20-28
  • 2.1 引言20
  • 2.2 非对称转子结构开关磁阻电机的特性分析20-22
  • 2.2.1 基本结构分析20-21
  • 2.2.2 工作机理分析21-22
  • 2.3 非对称转子结构开关磁阻电机的基本方程22-23
  • 2.3.1 电路方程22-23
  • 2.3.2 机械方程23
  • 2.3.3 机电联系方程23
  • 2.4 非对称转子结构开关磁阻电机的非线性解析模型23-27
  • 2.4.1 解析函数建模方法24
  • 2.4.2 非线性磁链解析模型24-27
  • 2.5 本章小结27-28
  • 第3章 非对称转子结构开关磁阻电机的结构参数优化28-40
  • 3.1 引言28
  • 3.2 定、转子轭高的优化28-31
  • 3.2.1 定、转子轭高的分析28-29
  • 3.2.2 定、转子轭高的仿真分析29-31
  • 3.3 转子宽极底部收缩系数的优化31-32
  • 3.4 定、转子极弧的优化32-38
  • 3.4.1 定、转子极弧的初次优化33-34
  • 3.4.2 转子极弧的优化34-37
  • 3.4.3 定子极弧的优化37-38
  • 3.5 电机优化前后转矩对比分析38-39
  • 3.6 本章小结39-40
  • 第4章 无源升压功率变换电路的研究40-47
  • 4.1 引言40
  • 4.2 无源升压功率变换电路的理论研究40-42
  • 4.2.1 无源升压功率变换电路的结构分析40-41
  • 4.2.2 无源升压功率变换电路的工作机理41-42
  • 4.3 无源升压功率变换电路的仿真分析42-45
  • 4.3.1 基于Matlab的开关磁阻电机仿真模型42-43
  • 4.3.2 无源升压功率变换电路的仿真分析43-45
  • 4.4 本章小结45-47
  • 第5章 基于TSF控制策略转矩脉动抑制的研究47-64
  • 5.1 引言47
  • 5.2 TSF控制策略原理47-49
  • 5.2.1 基于TSF控制策略的调速系统组成47-48
  • 5.2.2 TSF控制策略中转矩分配函数的设计48-49
  • 5.3 基于余弦型TSF控制策略的调速系统仿真分析49-51
  • 5.3.1 基于TSF控制策略的仿真模型49
  • 5.3.2 基于CCC和TSF控制策略的仿真分析49-51
  • 5.4 改进型TSF控制策略的研究51-56
  • 5.4.1 改进型TSF控制策略的机理51-52
  • 5.4.2 基于改进型TSF控制策略的仿真52-56
  • 5.5 新型控制策略的研究56-63
  • 5.5.1 新型控制策略的原理56-58
  • 5.5.2 基于新型控制策略的仿真58-62
  • 5.5.3 转矩脉动系数62-63
  • 5.6 本章小结63-64
  • 第6章 非对称转子结构开关磁阻电机的静态测试64-70
  • 6.1 引言64
  • 6.2 非对称转子结构开关磁阻电机的有限元分析64-66
  • 6.2.1 磁链分析64-65
  • 6.2.2 电感分析65
  • 6.2.3 矩角特性分析65-66
  • 6.3 非对称转子结构开关磁阻电机的静态测试66-69
  • 6.3.1 样机电阻测试66-67
  • 6.3.2 样机电感测试67
  • 6.3.3 样机静态转矩测试67-69
  • 6.4 本章小结69-70
  • 结论70-71
  • 参考文献71-75
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果75-77
  • 致谢77

【参考文献】

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1 俞枭辰;王家军;;开关磁阻电机线性模型的建模与仿真研究[J];杭州电子科技大学学报;2012年06期

2 邓君;詹琼华;孙剑波;;开关磁阻电机滑模变结构速度控制[J];微电机(伺服技术);2006年07期

3 曹家勇,周祖德,陈幼平,詹琼华,朱煜;一种开关磁阻电动机转矩控制的新方法[J];中国电机工程学报;2005年06期

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