单极性正弦励磁的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

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随着现代电力电子技术和大功率晶体管的快速发展,开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)因其具有结构简单而坚固、成本低、可靠性高、调速范围宽、起动转矩大以及动态响应好等特点,而受到了国内外学者的广泛关注和研究。但是由于开关磁阻电机采用双凸结构以及开关式的供电方式,导致其转矩脉动较大,应用范围受到限制。因此,如何减小开关磁阻电机转矩脉动成为了当前开关磁阻电机领域研究的热点之一。本文提出了一种基于电流矢量分解的转矩脉动抑制方法,实现了SRM转矩脉动的抑制。本文首先从电机本体结构、SRM精确建模和电机控制策略三个方面介绍了国内外SRM转矩脉动抑制的研究现状。然后,利用Maxwell软件建立SRM的有限元模型,并对SRM的电磁特性和静态特性进行分析,并给出了磁链、电感和转矩的数学表达式。为了提高SRM驱动系统仿真模型的精度,对相电流和转子位置角进行参数化建模,以获得SRM的非线性磁链及转矩特性数据,并借助Matlab/Simulink完成非线性电机模型的建立,搭建SRM电流斩波控制仿真以验证模型的正确性。之后,通过静止坐标系下的SRM数学模型和坐标变换原理,推导出了单极性正弦励磁控制时旋转坐标系下SRM的电压、电流和转矩的数学模型。然而,对转矩方程的研究发现,向直流偏置电流4)0中注入3次谐波电流能够降低转矩脉动,通过搭建仿真验证了控制策略的可行性和理论分析的正确性。还对单极性正弦电流的直流偏置电流4)0进行了优化选择,结果表明4)0=4)时,电机铜耗和转矩比最优。为进一步减小单极性正弦励磁控制下SRM的转矩脉动以及其产生的负转矩,本文提出了基于电流矢量分解的恒4)型单极性励磁控制和变4)型单极性励磁控制两种方法,并建立了满足磁路饱和的SRM转矩模型,使得变4)型单极性励磁控制满足磁路饱和的情况。最后,通过搭建仿真验证了控制策略的可行性和理论分析的正确性。最后,本文介绍了开关磁阻电机实验平台的软硬件设计,并对提出的转矩脉动优化控制策略进行了实验验证,实验结果表明,本文提出的转矩脉动优化控制策略具有一定的可行性和有效性。该论文有图67幅,表格6个,参考文献84篇。
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