【摘要】：本文以國家自然科學基金項目為背景,針對頻繁重載起動,變負荷運行的起重、冶金、礦山等機械裝備存在的問題,提出并研究一種繞線轉(zhuǎn)子自起動永磁電動機(WRLS-PMM:Wound-rotor line-start permanent magnet motor)。該型電機兼具繞線異步電機起動可控的特點和永磁電機輕載高效的特點。根據(jù)這種新結(jié)構(gòu)帶來的特殊問題,本文重點研究了該型電機的轉(zhuǎn)子繞組和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,以及轉(zhuǎn)子斬波控制電路器件選型依據(jù)。研究電網(wǎng)回路阻抗特性和增加弱磁繞組對于發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩的影響。提出并研究了基于實時輸出最大異步轉(zhuǎn)矩的斬波起動控制方法,并對WRLS-PMM的起動性能進行場路運動耦合仿真分析和實驗研究。主要研究成果體現(xiàn)在如下幾個方面： (1)總結(jié)了WRLS-PMM轉(zhuǎn)子繞組和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。提高轉(zhuǎn)子每槽繞組有效導(dǎo)體截面積,降低轉(zhuǎn)子等效電阻,可提高牽入轉(zhuǎn)矩。發(fā)現(xiàn)在保持轉(zhuǎn)子等效電阻不變的情況下,增加轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)能夠有效降低轉(zhuǎn)子電流。提出了基于飽和系數(shù)和電壓迭代的轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電壓電流計算方法,為轉(zhuǎn)子斬波控制器件選型提供依據(jù)。鑒于反電勢對電機效率、功率因數(shù)、額定電流、牽入轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩具有重要影響,給出了反電勢標幺值的設(shè)計依據(jù)。總結(jié)出永磁體和轉(zhuǎn)子槽相對位置的設(shè)計規(guī)律,以及永磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和過載倍數(shù)與磁路結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系。 (2)研究了發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩受外部供電回路阻抗特性影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)供電回路等效電阻只會改變最大制動轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)時刻,而不改變其最大值。供電回路等效電感則同時影響制動轉(zhuǎn)矩最大值及其出現(xiàn)時刻,并與最大制動轉(zhuǎn)矩成反比。建立并編制了考慮轉(zhuǎn)子斬波調(diào)阻過程的場路運動耦合有限元仿真計算程序。總結(jié)分析了轉(zhuǎn)子繞組開路和轉(zhuǎn)子繞組調(diào)阻對于堵轉(zhuǎn)特性影響。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組開路時,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓大幅提高,需校核此時轉(zhuǎn)子控制器件耐壓等級。提出并研究一種增加轉(zhuǎn)子弱磁繞組的方法,通過將轉(zhuǎn)子每極弱磁繞組與單向?qū)ǘ䴓O管串聯(lián)的方式使永磁磁場受到削弱,抑制起動階段發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩。仿真結(jié)果表明弱磁繞組能夠有效削弱起動初始時刻氣隙磁場,抑制發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩。 (3)為了充分發(fā)揮WRLS-PMM起動性能,提出并研究了基于實時輸出最大異步轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子斬波調(diào)阻起動控制策略。結(jié)合轉(zhuǎn)子斬波控制需求,建立了基于兩種緩沖電路的轉(zhuǎn)子回路IGBT斬波調(diào)阻準動態(tài)數(shù)學模型。分析了轉(zhuǎn)子回路電感、電容、電阻、轉(zhuǎn)速以及斬波頻率對轉(zhuǎn)子等效外串電阻計算模型的影響規(guī)律。給出了基于RCD型緩沖電路的斬波電路中導(dǎo)通占空比的計算方法,并發(fā)現(xiàn)斬波頻率超過1k時,等效外串電阻計算模型對外界參數(shù)敏感性很低,而且等效外串電阻與斬波占空比具有非常簡潔的線性關(guān)系。研究了溫度對于斬波控制策略的影響。研究表明,當定子繞組溫度高于轉(zhuǎn)子繞組溫度且溫差較大時,溫度對于斬波控制策略影響有限。搭建了WRLS-PMM斬波起動控制器,并編制了控制程序。 (4)設(shè)計制造了相同額定參數(shù)的WRLS-PMM、繞線異步電機和鼠籠轉(zhuǎn)子自起動永磁電機(LS-PMSM)。實驗結(jié)果表明,相比LS-PMSM, WRLS-PMM能夠達到永磁電機的高效高功率因數(shù)指標,當采用合理的斬波調(diào)阻控制方法時,最大起動轉(zhuǎn)矩可提高80%以上,起動電流沖擊降低20%。總結(jié)了供電電源對WRLS-PMM起動性能影響規(guī)律。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM351

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