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三相开关磁阻起动/发电机的研究

作　者: 李华柏
导　师: 瞿遂春
学　校: 湖南工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 开关磁阻电机起动/发电系统运行控制方法仿真模型
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 83次
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内容摘要

开关磁阻电机具有结构简单坚固、低成本、高容错运行能力、较高的能量密度以及高速运行能力的特点,而且能很方便实现起动和发电双功能,在发电领域内受到越来越多的重视。本文主要围绕着开关磁阻电机在航空发电领域中的应用,展开了进一步的理论研究和实践探索。本文以开关磁阻起动/发电机的理论研究与工程实践为主要研究内容。首先介绍了开关磁阻起动/发电机的基本结构,并在此基础上分析了它的基本电磁关系。系统地研究与分析了开关磁阻电机发电运行的基本理论与机电能量变化规律,明晰开关磁阻电机的发电本质。对开关磁阻起动/发电机的控制特性、可控参数与控制策略及它们之间的关系进行了详细的研究和分析。系统、深入地研究了开关磁阻电机发电运行的四种控制方案(角度位置控制、电流斩波控制、脉宽调制控制、全导通斩波控制)。本课题根据电机在起动、低速、高速状态的不同过程的运行特点,提出了低速定角度电流斩波控制,中速变角度电流斩波控制与高速发电运行时角度位置控制相结合的控制方案。本文根据开关磁阻起动/发电机的数学模型,编写了数值仿真程序,在Simulink环境下建立了开关磁阻起动/发电机的仿真模型。利用该模型对开关磁阻起动/发电机的稳态与动态特性进行了详细的仿真分析与研究。最后研制了以80C196KC单片机为核心的数模混合控制器,对控制器的部分电路也进行了具体的设计与分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 开关磁阻电机简介  9
  1.2 开关磁阻起动/发电机的特点及发展前景  9-11
    1.2.1 开关磁阻起动/发电机的优点与发展前景  9-11
    1.2.2 开关磁阻起动/发电机的研究难点  11
  1.3 本课题研究的意义  11-12
  1.4 本文的主要研究内容  12-13
第二章开关磁阻发电机的工作原理  13-26
  2.1 三相开关磁阻发电机的系统结构  13-14
  2.2 开关磁阻发电机的工作原理  14-16
  2.3 开关磁阻发电机的电磁转矩  16-17
  2.4 开关磁阻发电机的发电条件  17-18
  2.5 发电运行的机电能量转换分析  18-21
  2.6 相电流非线性分析  21-22
  2.7 开关磁阻发电机的励磁模式  22-26
    2.7.1 自励发电模式  23-24
    2.7.2 他励发电模式  24-26
第三章开关磁阻起动/发电机的控制策略  26-40
  3.1 角度位置控制  26-28
    3.1.1 角度位置控制方式相电流分析  26-27
    3.1.2 角度控制优化方式的探索  27-28
  3.2 电流斩波控制  28-30
    3.2.1 电流斩波方式的相电流分析  28-29
    3.2.2 电流斩波的控制方案  29-30
  3.3 脉宽调制控制  30-33
    3.3.1 PWM斩双管方式  31-32
    3.3.2 PWM斩单管方式  32-33
  3.4 全导通电流斩波控制模式  33-34
  3.5 控制方式的优化组合  34-36
    3.5.1 单一控制方式的优缺点与适用范围  34-35
    3.5.2 控制方式的优化组合  35-36
  3.6 本系统的控制方案  36-40
    3.6.1 起动运行的控制方式  37-38
    3.6.2 发电运行的控制方式  38-40
第四章开关磁阻起动/发电机建模与系统仿真  40-64
  4.1 SIMULINK 简介  40-41
  4.2 开关磁阻起动/发电机的数学模型  41-42
  4.3 开关磁阻起动/发电机的仿真模型  42-45
    4.3.1 数值仿真整体模型  42-43
    4.3.2 子模块的建立  43-45
  4.4 开关磁阻起动/发电机的稳态特性  45-58
    4.4.1 起动过程仿真  46-47
    4.4.2 恒定负载﹑恒定转速时的稳态发电特性  47-51
    4.4.3 转速对发电性能的影响  51-54
    4.4.4 发电运行时开关角策略  54-55
    4.4.5 开通角与关断角的优化值仿真  55-56
    4.4.6 系统开关角优化表  56-58
  4.5 开关磁阻起动/发电机的动态特性  58-64
    4.5.1 系统负载突变时的动态特性  58-61
    4.5.2 系统故障运行时的动态特性  61-64
第五章开关磁阻起动/发电机控制系统的设计  64-80
  5.1 功率电路的设计与分析  64-68
    5.1.1 功率开关器件的选用  64-65
    5.1.2 功率器件驱动电路  65-67
    5.1.3 功率开关器件缓冲电路的设计  67-68
  5.2 基于80196KC单片机的数模混合控制器的设计与分析  68-76
    5.2.1 80C196KC单片机简介  69
    5.2.2 控制器系统简介  69-71
    5.2.3 控制系统的设计  71-73
    5.2.4 电机状态检测  73-74
    5.2.5 转子位置检测及信号输入电路  74-76
    5.2.6 电流斩波电路  76
  5.3 故障保护电路  76-80
    5.3.1 电流保护电路  77-78
    5.3.2 过压保护电路  78
    5.3.3 过热保护电路  78-79
    5.3.4 故障保护信号的处理  79-80
第六章全文总结与展望  80-82
  6.1 全文工作的总结  80-81
  6.2 进一步研究工作的展望  81-82
参考文献  82-85
附录  85-86
致谢  86

三相开关磁阻起动/发电机的研究

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