分塊開關磁阻電機的基礎研究.pdf

1、分塊開關磁阻電機(switched reluctance machine，簡稱SRM)通過改變定、轉(zhuǎn)子成分塊結(jié)構(gòu)，使其除具有普通SRM的控制靈活，耐高溫等優(yōu)點外，亦具有高速運行時風(油)阻小、低鐵心損耗、高可靠性和高容錯性等優(yōu)點。因此，分塊SRM在全電/多電飛機電力傳動系統(tǒng)、起動/發(fā)電機雙功能系統(tǒng)、電動車驅(qū)動系統(tǒng)以及新能源系統(tǒng)中具有潛在的應用前景。
　　 本文基于分塊SRM的基本特性，從電磁設計、結(jié)構(gòu)拓撲、性能仿真、位置信號故障

2、診斷及容錯控制、控制系統(tǒng)設計等角度開展研究。
　　 首先建立了12/8結(jié)構(gòu)整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM的二維和三維有限元模型，仿真分析電機的靜態(tài)磁密分布，計算并實測了電機的相電感；基于整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM不同位置時的電磁特性，確定了定、轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)選取的原則；將繞組電流波形等效于方波，推導了整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM的主體尺寸計算公式；分析了繞組匝數(shù)的選取規(guī)則；并通過二維場路耦合有限元仿真驗證了電機的性能?；诒疚奶岢龅姆椒ㄔO計了一臺1

3、2/8結(jié)構(gòu)的整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM實驗樣機，并實驗驗證了本設計方法的有效性。
　　 針對單極性勵磁時四相8/6結(jié)構(gòu)整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM定子磁通沖突的問題，提出采用定子分塊和雙極性勵磁兩種方案，并通過場路耦合法建立了兩種方案下四相8/6結(jié)構(gòu)整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM的有限元瞬態(tài)模型，對比研究了兩種電機的電流、銅耗、鐵心磁密波形、鐵心損耗等電磁特性。結(jié)果表明，采用雙極性勵磁方案，不但可克服定子磁通沖突，亦較采用定子分塊方案時具有低的鐵

4、心損耗。
　　 在總結(jié)國內(nèi)外現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分塊SRM工作原理和磁路特點的基礎上，首次提出了環(huán)狀繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM、集中繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM、C形分塊定子SRM、E形分塊定子SRM和混合氣隙分塊定子SRM等五種新型結(jié)構(gòu)的分塊SRM，結(jié)合結(jié)構(gòu)示意圖和磁路圖對其基本工作原理分別進行分析，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和電磁特性分析了各種新型結(jié)構(gòu)分塊SRM的優(yōu)缺點。
　　 通過三維有限元模型仿真了E形分塊定子SRM的各定子線圈互感，結(jié)果表明E形分塊定

5、子SRM各線圈間的互感非常小，各定子塊間磁路隔離。將各個獨立的定子塊作為單元，推導了E形分塊定子SRM主體尺寸的計算公式，探析并建立了繞組匝數(shù)及其他主要尺寸的選取規(guī)則，完成了E形分塊轉(zhuǎn)子SRM的電磁計算，并通過磁路和電路的耦合計算對E形分塊定子SRM的穩(wěn)態(tài)性能進行了仿真分析，仿真結(jié)果驗證了E形分塊定子SRM電磁設計方法的有效性。
　　 在介紹分塊SRM位置傳感器安裝的基礎上，采用注入脈沖法測定位置傳感器的位置偏差，實現(xiàn)電機的自起

6、動。通過對分塊SRM位置信號故障的分析，提出通過檢測各相位置信號雙邊沿的觸發(fā)順序以及相鄰觸發(fā)邊沿之間的角度差實現(xiàn)位置信號故障檢測。該方法可統(tǒng)一診斷位置信號高、低電平故障?；谖恢眯盘柟蚕淼脑?，利用非故障位置信號對電機換相邏輯進行重構(gòu)，實現(xiàn)傳感器故障下的容錯控制；且當故障位置信號恢復正常后，可平穩(wěn)切入運行，提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　 完成了分塊SRM數(shù)字控制系統(tǒng)的研制，設計了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制程序。程序1根據(jù)轉(zhuǎn)速優(yōu)化開通