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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)调速系统是一种新型、高效、节能的调速控制系统,是继变频调速系统、无换向器电动机调速系统之后发展起来的新一代交流无级调速系统。此外,开关磁阻电机结构简单、转矩/功率密度大、效率高、调速范围宽,与永磁无刷电机相比开关磁阻电机不会因为高温而失磁,因而适合在复杂恶劣的环境下工作。由于开关磁阻电机的众多优点,使它成为交流调速系统、直流调速系统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者,引起了工业界广泛的关注。
目前,开关磁阻电机驱动系统已在家用电器、电动汽车、混合动力汽车、航空燃气涡轮发动机中得到应用。并且近年来在煤矿领域得到较广泛的应用,如牵引采煤机、绞车、输送机、电机车等。煤矿领域驱动系统由于应用场合的特殊性,不仅要求应用于该领域的电机驱动系统性能可靠、具有故障运行能力,而且要求具有防爆能力。因此本文的第一个部分将主要从驱动控制、电力电子的角度研究提高开关磁阻电机驱动器可靠性的方法,从而为高压、大容量开关磁阻电机驱动的研制提供理论依据。
此外,开关磁阻电机的振动及噪声也是另一个限制开关磁阻电机广泛应用的原因,尤其是对噪声比较敏感的应用场合。因而对抑制开关磁阻电机振动与噪声的研究具有很重要的意义。本文通过对两步换相控制的解析分析和研究,不仅从理论上预测应用该方法后电机振动和噪声降低的程度,而且得到了影响振动及噪声降低的因素。同时比较两步换相控制应用于三相6/4 SRM与四相8/6 SRM时的异同。研究所得结论为低噪声开关磁阻驱动装置的设计提供了理论依据。
本文通过仿真和实验对应用双极导通控制时振动抑制效果进行研究,并且通过将一种改进的傅立叶模型应用于开关磁阻电机中,使该模型不仅可以用来分析单极性导通控制,而且可以用来分析双极性导通时SRM所产生的电磁转矩。最后,根据对双极性导通控制的研究提出双极性双频率驱动SRM的控制方式,并通过有限元以及实验进行验证。