開關磁阻電機高性能功率變換器設計及振動抑制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的不斷發(fā)展，對電機系統(tǒng)的性能和可靠性要求也越來越高。與傳統(tǒng)電機相比，開關磁阻電機是一種極具競爭力的電機，其轉子上無繞組，不需要永磁材料，結構簡單、堅固，具有效率高、可靠性好、起動轉矩大、容錯性能好等優(yōu)點，是一種具有廣闊工業(yè)應用前景的電機。有鑒于此，本文以提高開關磁阻電機系統(tǒng)性能和可靠性為研究目標，對其功率變換器結構、相電流采樣與控制、變換器故障容錯及電機振動抑制等關鍵理論和技術問題進行了深入分析和系統(tǒng)研究。
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2、研究主要內容包括：⑴提出了一種新型功能集成式開關磁阻電機功率變換器，用于插電式混合動力汽車。在傳統(tǒng)不對稱半橋變換器的基礎上，僅需兩個額外功率開關管和續(xù)流二極管即可將電機系統(tǒng)中的電源部分有機結合起來，實現(xiàn)多電平模式和多種供電模式運行，并可在電機靜止、電動運行和制動運行時對電池進行靈活充電。由于多電平模式的加入，有效地提升了電機的輸出轉矩和效率。變換器模塊化的結構使系統(tǒng)更加緊湊，方便制造和替換，同時也提升了功率密度。這種新型的變換器結構同樣

3、適用于其它多相開關磁阻電機系統(tǒng)。⑵提出了一種基于母線電流采樣的新型開關磁阻電機相電流重構技術，只需要一個電流傳感器檢測母線電流，就可重構各相電流。該方法在傳統(tǒng)不對稱半橋變換器結構的基礎上，對電路的連接方式進行一個微小的改變，將具有相同占空比、頻率和一定相位差的雙高頻脈沖，在兩相勵磁電流的重疊區(qū)間內，分別注入到各對應相的下管中，同時在注入脈沖的低電平區(qū)間內觸發(fā)母線電流的兩個A/D采樣通道，結合各相開通、關斷信息，即可重構開通區(qū)間內的各相電

4、流，并用于電流斬波控制。高頻脈沖與電流采樣頻率的同步確保了重構相電流的精度。由于注入脈沖的低電平時間非常短，重構過程不會造成電流波形的畸變。與傳統(tǒng)電機系統(tǒng)相比，該采樣方法大大減少了電流傳感器的使用數(shù)量，同時也為開關磁阻電機系統(tǒng)提供了一種高可靠性的容錯運行方法。在相電流重構技術的基礎上，本文進一步提出基于母線電流采樣的無位置傳感器在線轉子位置估算方法、基于一個電流傳感器的直接轉矩控制技術以及基于母線電流采樣的故障診斷方法。⑶提出了一種基于

5、繼電器網絡的變換器容錯拓撲，適用于變換器的多類型故障容錯運行。該方法將單相逆變器作為故障容錯拓撲，根據不同的故障工況，通過繼電器網絡連接到傳統(tǒng)不對稱半橋變換器，實現(xiàn)了多種故障工況的快速診斷與容錯運行。容錯拓撲可以快速屏蔽故障電路，并充分利用變換器健康部分，降低容錯運行下的轉矩波動，保持開關磁阻電機的平衡運行。容錯拓撲具有極端故障容錯能力和良好的普遍適用性。⑷研究了不同的斜極結構對定子軛部徑向力的影響。設計、研制了傳統(tǒng)開關磁阻電機、轉子斜