本文關(guān)鍵詞：基于雙極性控制的三相開關(guān)磁阻電機(jī)分析與設(shè)計(jì)

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【摘要】：開關(guān)磁阻電機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、牢固,可靠性高、容錯(cuò)性好、適合高速運(yùn)行等性能優(yōu)勢贏得了廣泛關(guān)注。尤其是近年來稀土永磁材料供應(yīng)限制和價(jià)格波動(dòng),使得無需永磁體的開關(guān)磁阻電機(jī)得到了進(jìn)一步發(fā)展,已被成功應(yīng)用于航空航天、動(dòng)力牽引和工業(yè)調(diào)速等領(lǐng)域。然而,傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)采用不對(duì)稱橋式變換器,體積大且缺乏市場統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)成本高,限制了開關(guān)磁阻電機(jī)的廣泛應(yīng)用。為解決上述問題,本文采用普遍應(yīng)用的三相全橋電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)不對(duì)稱橋式電路,改變繞組內(nèi)的電流控制方式,即由傳統(tǒng)的單極性控制變?yōu)殡p極性控制,故該控制類型下的開關(guān)磁阻電機(jī)亦稱為“雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)”。本文對(duì)該類雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理進(jìn)行了分析,并提出了本體尺寸和繞組連接方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,試制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī),完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為該類新型開關(guān)磁阻電機(jī)的進(jìn)一步深入研究和工程應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。論文主要的研究內(nèi)容和成果包括以下幾個(gè)方面：(1)深入分析了開關(guān)磁阻電機(jī)雙極性控制下的基本工作原理,推導(dǎo)了雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)的電壓方程、磁鏈方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程及運(yùn)動(dòng)方程,在此基礎(chǔ)上提出了適合雙極性控制的開關(guān)磁阻電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與基本控制策略。(2)基于二維靜態(tài)有限元法,全面分析了雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁靜態(tài)特性�；贛axwell/Simplorer,搭建了雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的磁場一電路耦合仿真模型,進(jìn)行了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的雙極性控制仿真研究,驗(yàn)證了雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理。(3)研究并歸納了雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)繞組連接方式對(duì)電機(jī)性能的影響,總結(jié)了適合雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)最優(yōu)繞組連接方式,對(duì)雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)本體的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進(jìn)行了全面優(yōu)化。(4)建立了雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)非正弦鐵心磁密波形的鐵耗計(jì)算模型,綜合考慮了局部磁滯回環(huán)和直流偏置影響,對(duì)比分析了優(yōu)化前后兩臺(tái)雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)的鐵心磁密分布及鐵耗。(5)在一臺(tái)三相12/8單極性開關(guān)磁阻電機(jī)基礎(chǔ)之上,研制了一臺(tái)三相12/8雙極性開關(guān)磁阻電機(jī),并測試了靜態(tài)電磁特性。(6)搭建了基于dSPACE1104的雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái),設(shè)計(jì)了主電路及輔助電路,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分析了四種不同繞組連接方式下的雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)輸出特性,驗(yàn)證了理論分析與有限元仿真結(jié)果的正確性。
【關(guān)鍵詞】：開關(guān)磁阻電機(jī) 單極性 雙極性 繞組結(jié)構(gòu) 有限元 電機(jī)優(yōu)化 場路耦合仿真 鐵耗 dSPACE1104 三相全橋 不對(duì)稱橋式電路
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM352
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• §1.1 課題背景與意義12-14
• §1.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的研究現(xiàn)狀14-18
• §1.2.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的新型本體結(jié)構(gòu)14-16
• §1.2.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的新型控制策略16-18
• §1.3 本文主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排18-20
• §1.3.1 本文主要研究內(nèi)容18
• §1.3.2 本文主要章節(jié)結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第2章 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理20-36
• §2.1 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)的提出20-22
• §2.2 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)基本方程22-25
• §2.2.1 電壓平衡方程式22-23
• §2.2.2 功率平衡方程23-24
• §2.2.3 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程24
• §2.2.4 電磁轉(zhuǎn)矩方程24-25
• §2.3 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理25-29
• §2.3.1 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)組成25
• §2.3.2 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)換相原理25-29
• §2.4 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行分析29-31
• §2.5 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)基本控制策略31-34
• §2.5.1 電流斬波控制32-33
• §2.5.2 角度位置控制33-34
• §2.6 本章小結(jié)34-36
• 第3章 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)電磁性能分析36-48
• §3.1 基于ANSYS的參數(shù)化建模36
• §3.2 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)靜態(tài)電磁特性36-42
• §3.2.1 電機(jī)有限元模型36-39
• §3.2.2 氣隙磁密39-41
• §3.2.3 繞組電感41-42
• §3.3 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)模型42-47
• §3.3.1 給定轉(zhuǎn)速源下的電機(jī)性能43-45
• §3.3.2 給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的比較45-47
• §3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)化分析48-66
• §4.1 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)優(yōu)化過程48-56
• §4.1.1 線圈繞組結(jié)構(gòu)48-51
• §4.1.2 電機(jī)裂比51-52
• §4.1.3 定子極弧52-53
• §4.1.4 定子軛厚53-54
• §4.1.5 轉(zhuǎn)子極弧54-55
• §4.1.6 優(yōu)化結(jié)果55-56
• §4.2 優(yōu)化前后的對(duì)比56
• §4.3 優(yōu)化前后電機(jī)鐵耗對(duì)比56-65
• §4.3.1 鐵耗計(jì)算模型56-59
• §4.3.2 BE-SRM鐵心典型磁密分布59-64
• §4.3.3 鐵耗計(jì)算結(jié)果64-65
• §4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 雙極性開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證66-88
• §5.1 軟件平臺(tái)66-74
• §5.1.1 dSPACE1104控制平臺(tái)66-67
• §5.1.2 主要控制模塊67-74
• §5.2 硬件平臺(tái)74-78
• §5.2.1 各類傳感器76
• §5.2.2 信號(hào)調(diào)理電路76-78
• §5.2.3 主電路及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)78
• §5.3 系統(tǒng)測試平臺(tái)78-79
• §5.4 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)79-81
• §5.5 樣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)81-87
• §5.6 本章小結(jié)87-88
• 第6章 總結(jié)與展望88-90
• §6.1 全文總結(jié)88
• §6.2 課題展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-94
• 致謝94-95
• 碩士期間的學(xué)術(shù)成果95

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳小元;;不同勵(lì)磁方式雙通道開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁性能分析[J];微電機(jī);2014年01期

2 江澤民;;對(duì)中國能源問題的思考[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

3 唐蘇亞;電動(dòng)車及其電機(jī)的發(fā)展概況[J];電機(jī)技術(shù);1996年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馬慶慶;分布式繞組開關(guān)磁阻電機(jī)的研究[D];北京交通大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 彭晶晶;雙通道開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

2 金曉華;基于dSPACE半實(shí)物仿真的電機(jī)測試平臺(tái)研究[D];東南大學(xué);2006年

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本文編號(hào)：762875