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小功率三相开关磁阻调速电动机的研究

作　者: 黄卓冕
导　师: 瞿遂春
学　校: 湖南工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 开关磁阻电机 PWM调压调速 功率变换器 电流斩波
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


开关磁阻调速电动机是由开关磁阻电机、功率变换器、位置和电流检测器以及控制器构成的新型调速系统,其结构简单,性能优越,发展前景广阔,具有良好的社会、经济效益。本文首先介绍了开关磁阻调速电动机的构成以及基本工作原理,再针对目前研究较少的三相6/4结构的开关磁阻调速电动机进行了系统的分析和研究,先分析了电机的线性数学模型,从中得出了几个电机的可控参量,然后再根据其可控参量确定了系统的控制方式为适合中小功率开关磁阻电机高速运行的PWM调压调速方式,设计了三相6/4结构、10W、调速范围500～5000r/min的开关磁阻调速电动机的样机,其中采用了一种非常适合开关磁阻调速电动机高速运行的单绕组、双开关的功率变换电路的方案,并针对此方案进行了斩单管和斩双管两种斩波方式的详细分析,分别获得了实拍波形和仿真波形,并进行了控制器中的硬件设计,最后利用样机进行了相关试验,其结果达到设计要求。由于在整个速度范围内采用单一控制模式,简化了控制线路,提高了性能价格比。相应的,本系统虽然针对的是功率为10W的开关磁阻电机,但其控制思路同样适用于其它功率等级。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 开关磁阻调速电动机概述  9-13
    1.2.1 开关磁阻调速电动机的构成  9-11
    1.2.2 开关磁阻调速电动机的主要技术特点  11-13
  1.3 开关磁阻调速电动机的研究和发展方向  13-14
  1.4 本文的主要章节安排  14-15
第二章 开关磁阻电机的线性分析以及控制策略  15-29
  2.1 开关磁阻电机的方程  15-16
  2.2 基于线性模式的开关磁阻电机的分析  16-21
    2.2.1 电感与转子位置角的关系分析  16-17
    2.2.2 电磁转矩分析  17-18
    2.2.3 绕组电流分析  18-21
    2.2.4 转速控制  21
  2.3 开关磁阻调速电动机的控制策略  21-29
    2.3.1 开关磁阻电机主要的几种控制方法  21-23
      2.3.1.1 电流斩波控制  21-22
      2.3.1.2 PWM 调压控制  22-23
      2.3.1.3 角度位置控制  23
    2.3.2 本系统控制方式的确定  23-29
      2.3.2.1 开关磁阻调速电动机PWM 调压调速原理  24-25
      2.3.2.2 PWM 调压调速开关磁阻调速电动机的组成  25-27
      2.3.2.3 PWM 调压调速的特点  27-29
第三章 三相开关磁阻电机的计算机辅助分析  29-39
  3.1 开关磁阻电机有限元计算数学模型和有限源程序概要  29-31
  3.2 6/4 结构10W 的开关磁阻电机的二维磁场计算  31-33
  3.3 非线性主电路网络解算  33-35
  3.4 仿真结果及分析  35-39
第四章 开关磁阻调速电动机的设计与实现  39-62
  4.1 开关磁阻电机的实用设计方法  39-40
  4.2 开关磁阻电机绕组的设计与实现  40-41
  4.3 开关磁阻调速电动机功率变换器的设计与实现  41-49
    4.3.1 主电路的设计与分析  41-47
      4.3.1.1 电流斩波方式研究  43-44
      4.3.1.2 两种斩波方式电流和转矩的线性计算  44-46
      4.3.1.3 两种斩波方式相电流仿真与实拍波形及分析  46
      4.3.1.4 两种斩波方式的运行性能的分析比较  46-47
    4.3.2 功率变换器开关元件的选择  47-49
  4.4 辅助电源、驱动电路的设计与实现  49-53
    4.4.1 辅助电源的设计与实现  49-50
    4.4.2 驱动电路的设计与实现  50-53
      4.4.2.1 驱动电路要求  50-52
      4.4.2.2 驱动电路的选择  52-53
  4.5 控制及保护电路的设计与实现  53-62
    4.5.1 位置检测及整形电路  53-54
    4.5.2 相电流检测及斩波和保护电路  54-56
    4.5.3 转速测试与显示电路  56-57
    4.5.4 速度闭环控制与PWM 调压调速电路  57-62
      4.5.4.1 电路控制原理  57-58
      4.5.4.2 电路构成  58-62
第五章 三相6/4 结构10W 开关磁阻电机试验  62-64
  5.1 试验内容  62
  5.2 实验装置及试验设备  62
  5.3 试验记录与效果  62-64
第六章 总结和展望  64-65
参考文献  65-68
硕士期间发表论文  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 磁阻电机
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