無(wú)軸承開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)是利用磁軸承結(jié)構(gòu)與電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的相似性，將懸浮繞組集成到電機(jī)定子中，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和自懸浮控制。將無(wú)軸承技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)磁阻電機(jī)不僅可充分發(fā)揮其高速適應(yīng)性，而且由于對(duì)轉(zhuǎn)子徑向位置的控制，有望為解決其因不對(duì)稱磁拉力造成的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題提供一種新的途徑。本文以無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、功率變換器和電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)作為研究重點(diǎn)，設(shè)計(jì)了無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在多種控制策略下的穩(wěn)定懸浮。

2、　　 本文在對(duì)前人成果深入研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。新模型不僅考慮了徑向懸浮力間的耦合，而且解決了以往模型中電感曲線的頂部凹陷問(wèn)題。
　　 基于無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，本文設(shè)計(jì)了三種電機(jī)控制策略。針對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)中超前角計(jì)算方法的不足，對(duì)主繞組方波電流控制策略進(jìn)行了改進(jìn)；根據(jù)主繞組磁勢(shì)和懸浮繞組磁勢(shì)不同組合對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和懸浮力的影響，研究了最小磁勢(shì)控制策略，此控制策略可一定程度地降低電機(jī)損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；

3、此外針對(duì)轉(zhuǎn)速增加時(shí)瞬時(shí)懸浮力難以控制的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了平均懸浮力和平均轉(zhuǎn)矩控制策略。
　　 給出了繞組功率變換器的設(shè)計(jì)原則。本文根據(jù)無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)行原理，分析了其對(duì)功率變換器的基本要求，提出了變換器的設(shè)計(jì)原則。依據(jù)此原則，在主繞組中采用不對(duì)稱半橋變換器，在懸浮繞組中采用三相半橋變換器，并分析了變換器的各種工作模態(tài)和數(shù)學(xué)模型。針對(duì)懸浮繞組三相半橋變換器實(shí)際運(yùn)行中電流紋波較大和中點(diǎn)電壓飄移的問(wèn)題，提出了改用三相四橋臂變

4、換器的改進(jìn)措施。
　　 本文還優(yōu)化了無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)。本文將電機(jī)本體、功率變換器和控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體，分析了不同繞組結(jié)構(gòu)對(duì)三相半橋變換器中點(diǎn)電壓的影響，給出了一組優(yōu)化結(jié)構(gòu)。此優(yōu)化結(jié)構(gòu)使變換器兩個(gè)分裂電容的負(fù)載達(dá)到均衡。此外根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)對(duì)三相四橋臂變換器公共橋臂的影響，給出了四橋臂變換器下的繞組優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
　　 最后本文設(shè)計(jì)了以DSP和CPLD為核心的無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)