【摘 要】
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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)作为一种最具有潜力、高效节能的机电一体化产品,其结构简单、运行可靠及效率高等突出特点使此类电机在工农业生产等各领域迅速得到了广泛地应用。开关磁阻电机凭借较宽调速范围和优异调速性能,可以实现高速运转。考虑到开关磁阻电机的制造难度和控制器成本,通常选用两相电机和三相电机作为研究对象。其复杂的非线性和高饱和特性使得转矩脉动和噪声尤
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(U20A20198,51507048); 国家自然科学基金委员会;
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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)作为一种最具有潜力、高效节能的机电一体化产品,其结构简单、运行可靠及效率高等突出特点使此类电机在工农业生产等各领域迅速得到了广泛地应用。开关磁阻电机凭借较宽调速范围和优异调速性能,可以实现高速运转。考虑到开关磁阻电机的制造难度和控制器成本,通常选用两相电机和三相电机作为研究对象。其复杂的非线性和高饱和特性使得转矩脉动和噪声尤为突出,位置传感器的引入还会增加电机制造成本、降低电机运行可靠性。为了提高开关磁阻电机的运行特性,需要对电机的本体结构和控制策略分别进行有效的优化和改进。针对上述问题,本文分别阐述了两相开关磁阻电机和三相开关磁阻电机的基本结构和运行原理,并对基本方程和数学模型进行了分析。此分析过程奠定了开关磁阻电机的理论基础。本文基于电机理论进行的创新和主要研究内容如下:1)分析了电机本体结构,基于有限元多物理场耦合分析软件ANSOFT,对两相开关磁阻电机和三相开关磁阻电机的结构、绕组匝数和气隙大小等参数进行了详细分析,获得了优化后开关磁阻电机的各种电磁力特性参数。2)将ANSOFT有限元分析所得优化后的磁链特性函数(7)qyi,(8)和转矩函数(?)曲线表,用于电机模块的构建,从而实现控制策略的改进。3)对两相开关磁阻电机和三相开关磁阻电机分别从传统型控制策略和改进型控制策略进行了仿真验证,以此来验证电机模块优化和控制策略改进共同作用的效果,仿真结果表明基于参数优化后的电机运行特性良好。4)研究过程中发现位置传感器的存在会增加电机成本、降低可靠性,于是进行了无位置传感器控制系统的研究。针对传统磁链法的数据表构建过程复杂且占用内存空间大这一问题,提出一种简化磁链法对转子位置进行辨识。5)对三相开关磁阻电机提出了基于SVPWM的简化磁链法,和改进前的简化磁链法进行对比,并分析增加负载情况,证明了其有效性。6)搭建了一台三相开关磁阻电机实验平台,完成了无位置传感器控制实验,进一步证明了优化的有效性和系统的完整性。
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