ALA轉(zhuǎn)子同步磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究.pdf

1、早期的同步磁阻電機(jī),為產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子上裝有起動(dòng)籠。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的同步磁阻電機(jī)凸極比小，因而功率因數(shù)差、轉(zhuǎn)矩密度低，并且該異步轉(zhuǎn)矩正常運(yùn)行時(shí)易引起轉(zhuǎn)子振蕩。新型ALA (Axially Laminated Anisotropic)轉(zhuǎn)子電機(jī)本質(zhì)上仍是一種同步磁阻電機(jī)，但其獨(dú)特的轉(zhuǎn)子軸向疊片結(jié)構(gòu)使之具有很高的凸極比，因而具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率因數(shù)、低損耗等優(yōu)點(diǎn)；多疊片結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子表面光滑，磁阻變化連續(xù)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲?。晦D(zhuǎn)子無永磁體，

2、能夠承受較高的運(yùn)行溫度和負(fù)載沖擊，電機(jī)過載能力強(qiáng)，易于弱磁擴(kuò)速，因而是一種非常具有應(yīng)用前景的電機(jī)。但這種電機(jī)難以直接啟動(dòng)，在開環(huán)運(yùn)行時(shí)存在振蕩、失步和異步運(yùn)行等問題。這些缺點(diǎn)限制了ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)的實(shí)用化。本文的研究工作，目的就在于推動(dòng)這種新型電機(jī)的實(shí)用化進(jìn)程。 本文首次提出將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用于ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)。直接轉(zhuǎn)矩控制首見應(yīng)用于異步電機(jī)，其控制方案在異步電機(jī)控制中的研究已經(jīng)取得了許多重要成果。近年來，亦有不少學(xué)者將之應(yīng)用于

3、同步電機(jī)的研究，且主要集中于內(nèi)永磁結(jié)構(gòu)。 為將異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)有關(guān)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究成果應(yīng)用于ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)，本文從分析異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)開始，介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理和技術(shù)發(fā)展，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。闡述了永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的區(qū)別，并進(jìn)行了仿真研究。 ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)在結(jié)構(gòu)上畢竟與異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)不同，其控制方式和性能也大不一樣。例如，和異步電機(jī)

4、相比，ALA轉(zhuǎn)子無繞組，轉(zhuǎn)子磁鏈的響應(yīng)要快得多。而和永磁同步電機(jī)相比，ALA轉(zhuǎn)子無獨(dú)立的磁場(chǎng)。直接將異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)不加變化地移植到ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)，很難獲得最佳性能，本文的研究重點(diǎn)即探索適合于ALA轉(zhuǎn)子同步磁阻電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。 本文在分析同步磁阻電機(jī)的特點(diǎn)和工作原理的基礎(chǔ)上，從同步磁阻電機(jī)的基本原理出發(fā)，推導(dǎo)了磁阻轉(zhuǎn)矩的一般表達(dá)式；并在定子參照系下，建立了ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；繼而開展了系統(tǒng)的

5、相關(guān)研究工作。具體如下： 介紹了同步磁阻電機(jī)現(xiàn)有的各種控制方案，并指出同步磁阻電機(jī)控制方案面臨的兩大主要問題：一方面需要位置傳感器；另一方面，同步磁阻電機(jī)因其磁路不同，磁飽和對(duì)d軸與q軸的影響差別很大，使d軸電感隨電流而變化。在矢量控制方案中，d軸電感往往是通過d軸電流查表求得，這進(jìn)一步增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。直接轉(zhuǎn)矩控制不需要位置傳感器，并對(duì)電機(jī)參數(shù)有較好的魯棒性，因此開展同步磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究具有十分重要的意義。

6、 闡述了ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，用MATLAB軟件進(jìn)行了ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真分析。仿真結(jié)果證實(shí)了ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方案的可行性和有效性。 詳細(xì)介紹了基于DSP專用芯片TMS320LF2407A的ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。闡述了各種硬件資源配置和軟件設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)時(shí)注意將軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，較好地構(gòu)建了一套ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 對(duì)四極樣機(jī)開展了大量的起動(dòng)

7、、分步加速、轉(zhuǎn)速突變、正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，得到了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明，ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)在直接轉(zhuǎn)矩控制方式下具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力和快速響應(yīng)能力，同時(shí)展示出良好的運(yùn)行性能和應(yīng)用潛力。 進(jìn)行了兩極ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)的空載起動(dòng)和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，直接轉(zhuǎn)矩控制方案對(duì)不同ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)有很好的適應(yīng)性。 進(jìn)行了兩極ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)在直接轉(zhuǎn)矩控制方式下帶機(jī)械阻尼器和不帶機(jī)械阻尼器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證實(shí)，直接轉(zhuǎn)矩控制能徹底解決ALA轉(zhuǎn)子電機(jī)開環(huán)起