【摘 要】
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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有结构简单、成本低、可靠性高、无需稀土永磁材料,并且易于实现四象限运行等优点,非常适合用于驱动电动叉车。然而,SRM严重的转矩脉动以及功率变换器单一的能量转换方式限制了其在电动叉车上的推广应用。本文针对电动叉车用SRM驱动系统运行过程中能量的转换和回收问题,提出了一种可实现能量灵活转换的新型集成式功率变换器设计方法。本方法
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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有结构简单、成本低、可靠性高、无需稀土永磁材料,并且易于实现四象限运行等优点,非常适合用于驱动电动叉车。然而,SRM严重的转矩脉动以及功率变换器单一的能量转换方式限制了其在电动叉车上的推广应用。本文针对电动叉车用SRM驱动系统运行过程中能量的转换和回收问题,提出了一种可实现能量灵活转换的新型集成式功率变换器设计方法。本方法采用交错并联双向直流-直流(DC/DC)变换器作为传统SRM功率变换器的前端电路,通过改变双向DC/DC变换器的通断方式,实现SRM在电动模式与再生制动模式之间的灵活切换。同时,新型集成式功率变换器采用超级电容与铅酸蓄电池混合储能,在电动叉车刹车以及下放货物过程中,能够快速回收SRM制动能量;在电动叉车加速和举升货物过程中,能够将回收的制动能量快速释放,实现能量的高效利用。其次,论文针对电动叉车用SRM转矩脉动和噪声问题,研究了适用于新型集成式功率变换器的直接转矩控制策略。通过深入分析SRM电动和制动运行的机理,设计能够在电动和制动状态间灵活切换的直接转矩控制方法,以满足新型集成式功率变换器的不同工作模式。该控制策略不仅可以有效降低SRM电动运行期间的转矩脉动和噪声,实现电动叉车的平稳运行,而且可以在SRM制动运行期间通过转矩匹配实现能量的高效回收,进一步提高整车运行效率。为验证本文所提出的新型集成式功率变换器和直接转矩控制策略,在Matlab/Simulink中建立了电动叉车用6/4极SRM驱动系统仿真模型,对电动叉车电动和制动运行过程的负载特性进行了仿真,结果表明所设计新型集成式功率变换器与直接转矩控制策略能够满足电动叉车频繁启停,快速响应的要求,并且可以减小输入输出端的电流波纹,提高能量回收效率。最后,论文完成了SRM驱动系统的软硬件设计,搭建了SRM驱动系统实验平台,并实机验证了控制系统运行情况,实验表明该系统对再生制动以及电动运行状态均具有良好的调速能力,稳定转速运行,且电流波纹值较小,具有一定的工程实用价值。
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