宽转速四相开关磁阻驱动系统的研制

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xicai2009
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近年来,随着电力电子、微控制器和智能控制等技术的不断发展,开关磁阻电机在航空航天、新能源汽车、电动工具等领域得到快速发展和应用。但是在开关磁阻电机相关文献中,大多数均讨论其在航空航天等大功率场合的应用,很少有文献讨论将开关磁阻电机用于小家电场合,因此,本文从实际研究情况出发,以四相8/6开关磁阻电机控制系统为控制对象,充分发挥开关磁阻电机调速范围宽、可靠性好、成本低的优点,将其应用于家用食物料理机,对整个控制系统进行设计和实现,并对关键技术展开研究。首先,本文介绍了开关磁阻电机的发展现状及前景并对其功率变换器拓扑和制动控制技术研究现状进行归纳和总结。然后,从家用食物料理机的实际性能指标出发,着重对宽转速运行范围内开关磁阻电机本体、功率变换器拓扑及其制动控制技术进行分析研究。电机本体方面,首先对比分析了12/8结构和8/6结构开关磁阻电机性能,选取宽转速运行性能更优的8/6结构开关磁阻电机作为优化对象;然后基于电机的设计指标,在电机初始参数的基础上进行参数优化,并通过仿真对优化所得样机宽转速运行性能进行验证;最后通过实验验证了样机设计的正确性。功率变换器拓扑方面,为了实现所研究控制系统的宽转速运行,将常用的不对称半桥功率拓扑和2(N+1)共上管功率拓扑进行对比研究。在理论分析的基础上,搭建Matlab/Simulink仿真模型,对基于两种不同功率拓扑的控制系统性能进行仿真分析,通过仿真对比得出适用于本文所研究控制系统的最佳功率拓扑。最后通过实验验证了理论分析和仿真分析的正确性。在制动控制技术方面,为了避免开关磁阻电机再生制动运行时能量回馈对母线器件的冲击,针对基于整流桥交流供电的小惯量开关磁电机驱动系统,提出了一种开关磁阻电机绕组能耗制动方法,将制动产生的能量消耗在电机定子绕组上。通过对开关磁阻电机绕组能耗制动进行深入分析和仿真计算,得出了一种开关磁阻电机两相直通绕组能耗制动控制方法,最后通过仿真和实验对宽转速运行范围内制动的快速性和安全性进行了验证。该方法无需专门制动电阻泄放回路,在保证安全快速制动的前提下,简化了驱动系统的结构。最后,本文搭建了以STM32F100R8T6B为核心的料理机用开关磁阻电机控制系统,完成了系统软硬件的搭建与调试,实现了40-18000r/min宽转速运行及高速快速制动,并通过实验进行了验证。
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