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开关磁阻电机磁链特性间接检测与应用

作　者: 郭增慧
导　师: 刘闯
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 开关磁阻电机磁链特性间接检测 dSPACE 特征位置简化磁链模型转子无位置传感器控制
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有结构简单、控制方便、性能优良等优点,随着电力电子技术与控制理论的深入发展,应用领域越来越广泛,其在交流调速领域中的地位日益凸显。磁链特性是对SRM进行优化设计、性能改善的主要依据,由于定转子的特殊结构,使得磁链与转子位置角、电流三者呈复杂非线性关系,精确的磁链模型较难得到,因此,磁链特性的检测研究引起了学者们的广泛关注。准确的位置检测是SRM可靠运行的必要支撑,通常位置检测通过位置传感器来完成,但位置传感器的安装在削弱系统可靠性的同时,也提高了经济成本,近年来,开关磁阻电机转子无位置传感器控制成为电工学科的一个重要研究方向。本文针对SRM的两个研究热点,采用间接检测的方法对样机磁链特性进行了测试;在实测磁链特性的基础上,针对课题组提出的一种特征位置磁链简化模型进行转子无位置传感器控制的方法进行了基础理论研究与实验。首先,本文综合国内外大量文献资料,回顾了SRM的当前研究状况,介绍了三类获取磁链特性主要方法的检测原理,阐述了八种转子无位置传感器控制的实现方法,比较了各种方法的优点与不足。针对传统单片机、DSP等数字处理器的弊端,本课题基于dSPACE实时仿真系统进行了磁链实测;运用电磁场有限元软件JMAG—Studio建立了实测样机的二维有限元模型,计算磁链特性曲线,有限元计算结果与实测结果比较表明实测结果较精确;通过建立样机相间互感特性的二维有限元计算模型,研究了相间互感特性对磁链的影响,仿真结果表明样机互感对磁链的影响可忽略不计。针对课题组提出的特征位置磁链简化模型进行转子无位置传感器控制的方法,搭建了MATLAB/Simulink模型,分别对中低速下电流滞环斩波模式、额定转速下角度控制模式两种工况进行了转子位置估算,仿真结果表明该方案在理论上准确可行。最后,以上述理论分析为基础,利用设计搭建的以dSPACE为控制核心实验平台,进行了实验验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-21
  1.1 开关磁阻电机研究状况  14-15
  1.2 开关磁阻电动机调速系统组成  15
  1.3 磁链特性检测研究现状  15-16
  1.4 转子无位置传感器控制研究现状  16-20
  1.5 课题背景和研究内容  20-21
第二章开关磁阻电机磁链特性间接检测  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 开关磁阻电机磁链特性间接检测原理  21-23
  2.3 基于dSPACE 的开关磁阻电机磁链特性间接检测  23-29
    2.3.1 基于dSPACE 的开关磁阻电机磁链特性间接检测系统  23-24
    2.3.2 基于dSPACE 的开关磁阻电机磁链特性间接检测模型  24-25
    2.3.3 基于dSPACE 的开关磁阻电机磁链特性间接检方法  25-26
    2.3.4 基于dSPACE 的开关磁阻电机磁链特性实测结果  26-29
  2.4 开关磁阻电机磁链特性有限元计算  29-32
    2.4.1 磁链特性有限元计算模型  29-30
    2.4.2 磁链特性有限元计算  30-32
  2.5 磁链特性实测结果分析  32-33
  2.6 相间互感对实测磁链特性的影响研究  33-35
    2.6.1 相间互感有限元模型  33
    2.6.2 相间互感有限元计算  33-35
  2.7 本章小结  35-37
第三章简化磁链法转子无位置传感器控制原理及仿真  37-54
  3.1 引言  37
  3.2 开关磁阻电机数学方程  37-39
    3.2.1 基本电路方程  37-38
    3.2.2 机械运动方程  38
    3.2.3 机电能量转换方程  38-39
  3.3 磁链法转子无位置传感器控制原理  39-40
  3.4 磁链法的磁链简化模型  40-45
    3.4.1 最大电感位置法磁链简化模型  40-41
    3.4.2 反正切函数法磁链简化模型  41-43
    3.4.3 特征位置法磁链简化模型  43-45
  3.5 转子无位置传感器控制系统MATLAB 建模  45-50
    3.5.1 转子无位置传感器控制系统模型  45
    3.5.2 功率变换器模型  45-46
    3.5.3 开关磁阻电机本体模型  46-47
    3.5.4 角度转换模型  47-48
    3.5.5 触发信号模型  48-49
    3.5.6 位置信号估算模型  49-50
  3.6 仿真结果分析  50-53
  3.7 小结  53-54
第四章基于dSPACE 的开关磁阻电机实验平台设计  54-63
  4.1 引言  54
  4.2 系统硬件设计  54-59
    4.2.1 功率变换器主电路  54-56
    4.2.2 IGBT 驱动电路  56
    4.2.3 电流检测电路  56-57
    4.2.4 电流保护电路  57-58
    4.2.5 电流斩波控制电路  58
    4.2.6 逻辑编译模块  58-59
  4.3 dSPACE 仿真系统介绍  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章实验波形及结果分析  63-73
  5.1 引言  63
  5.2 实验系统构成  63-64
  5.3 实验环境位置角度控制策略  64-65
  5.4 实验环境转子无位置传感器控制系统模型  65-69
  5.5 实验波形及结果分析  69-72
  5.6 本章小结  72-73
第六章全文总结与展望  73-75
  6.1 本文工作总结  73
  6.2 进一步研究展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  79

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