開關磁阻電動機及驅動系統的設計

電氣自動化論文編號:ZD510 論文字數:32753,頁數:56，有CAD圖
 
 目   錄
摘  要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章  開關磁阻電機概述 …………………………………………………………………1
1.1 開關磁阻電機發展歷史和趨勢…………………………………………………… 1
1.2 開關磁阻電機驅動系統的組成…………………………………………………… 4
1.2.1 開關磁阻電機（SRM）……………………………………………………… 4
第2章  功率變換器及驅動電路的設計 …………………………………………………7
2.1 功率變換器設計的基本要求……………………………………………………… 7
2.2 控制器……………………………………………………………………………… 9
2.3.1 電流斬波控制 ………………………………………………………………10
2.3.2 角度控制…………………………………………………………………… 11
2.3.3 電壓斬波控制……………………………………………………………… 12
2.3.4 控制方式的確定…………………………………………………………… 12
2.3.5 控制器的硬件設計與實現………………………………………………… 13
2.4 常用的功率變換器主電路拓撲…………………………………………………… 14
2.4.1 雙開關式 ……………………………………………………………………14
2.4.2 雙繞組式 ……………………………………………………………………14
2.4.5 電容分壓式 ………………………………………………………………15
2.5 電源有效利用率…………………………………………………………………… 15
2.5.1 相控獨立性 ………………………………………………………………15
2.6 主開關和續流二極管的選用依據和原則………………………………………… 16
2.7 電流檢測器和位置檢測器 …………………………………………………………18
2.7.1 電流檢測器 ………………………………………………………………18
2.7.2 位置檢測器………………………………………………………………… 18
3.1開關磁阻電機基本原理…………………………………………………………… 20
3.2開關磁阻電機的相數和結構……………………………………………………… 22
3.2.1 單相開關磁阻電機………………………………………………………… 23
3.2.2 兩相開關磁阻電機………………………………………………………… 23
3.2.3 三相開關磁阻電機………………………………………………………… 23
3.2.4 四相開關磁阻電機………………………………………………………… 24
3.3 開關磁阻電機性能特點………………………………………………………… 25
3.4開關磁阻電機的轉矩分析………………………………………………………… 27
3.4.1 一般轉矩計算……………………………………………………………… 27
3.4.2 磁儲能的計算……………………………………………………………… 28
3.4.3 理想電感的計算…………………………………………………………… 28
3.5 基本轉矩計算…………………………………………………………………… 29
3.6 開關磁阻電機的電流分析………………………………………………………… 30
3.6.1 基本電路方程 ………………………………………………………………30
3.6.2 相電流分析………………………………………………………………… 31
3.7 開關磁阻電機調速系統………………………………………………………… 31
3.7.1 相數的研究與選擇………………………………………………………… 32
3.7.2 變換器方案確定和主開關元器件選擇…………………………………… 32
3.7.3 振動、噪聲研究…………………………………………………………… 32
3.7.4 電機鐵耗、效率分析……………………………………………………… 32
3.7.5 無位置檢測器方案研究…………………………………………………… 33
第4章  開關磁阻電機設計方案 ………………………………………………………34
4.1 極數、相數和極弧……………………………………………………………… 34
4.1.1極弧確定的必要條件……………………………………………………… 35
4.1.2 極弧對電機特性影響的線性分析………………………………………… 35
4.2 結構參數對轉矩波動的影響…………………………………………………… 36
4.2.1 轉子外徑的影響…………………………………………………………… 36
4.2.2 鐵心長度的影響…………………………………………………………… 36
4.2.3 氣隙的影響………………………………………………………………… 36
4.2.4 定子外徑的影響…………………………………………………………… 36
4.2.5 繞組匝數的影響…………………………………………………………… 37
4.3 主要尺寸與電磁負荷的關系…………………………………………………… 37
4.4 主要尺寸的確定…………………………………………………………………… 38
4.5 其他參數的確定 ……………………………………………………………………40
4.5.1 繞組端電壓 ………………………………………………………………40
4.5.2 氣隙………………………………………………………………………… 40
4.5.3 轉子軛高…………………………………………………………………… 41
4.5.4 軸徑………………………………………………………………………… 41
4.5.5 定子軛高…………………………………………………………………… 41
4.5.6 定子槽深…………………………………………………………………… 42
4.5.7 每相繞組串聯匝數………………………………………………………… 42
4.5.8電流密度和槽滿率………………………………………………………… 42
第5章 電磁設計程序………………………………………………………………………43
5.1 相數、極數和繞組端電壓………………………………………………………… 43
5.2 主要尺寸的選擇 ……………………………………………………………………43
5.3 其它結構尺寸及繞組匝數 …………………………………………………………44
5.4 電流及轉矩計算 ……………………………………………………………………46
5.5 繞組設計 …………………………………………………………………………46
5.6 參數計算 …………………………………………………………………………47
5.7 電磁設計小結 ……………………………………………………………………48
參考文獻 ………………………………………………………………………………… 50
致謝………………………………………………………………………………………51
附錄A（總裝圖）……………………………………………………………………………Ⅰ
附錄B（裝配尺寸圖）………………………………………………………………………Ⅱ
附錄C（定子）………………………………………………………………………………Ⅲ
附錄D（轉子）………………………………………………………………………………Ⅳ

摘要：開關磁阻電機是80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術的迅猛發展而發展起來的一種新型調速驅動系統，具有結構簡單、運行可靠及效率高等突出特點，成為交流電機調速系統、直流電機調速系統和無刷直流電機調速系統的強有力的競爭者，引起各國學者和企業界的廣泛關注。跨國電機公司Emerson電氣公司還將開關磁阻電機視為其下世紀調速驅動系統的新的技術、經濟增長點。目前開關磁阻電機已廣泛或開始應用于工業、航空業和家用電器等各個領域。
 作為一種新型調速驅動系統，開關磁阻電機以其結構簡單、低成本、高效率、優良的調速性能和靈活的可控性，愈來愈得到人們的認可和應用。隨著對開關磁阻電機認識的深入，其應用必將更為普遍關于開關磁阻電動機驅動系統(SRD)研究的一個主要方面是針對SRD系統的數學模型的建立及其穩態性能和動態性能的仿真計算。該文深入研究了SR電機的相電流波形、電磁轉矩與電流和電感變化率之間的關系,
 該文的研究目的在于設計開關磁阻電機并通過對控制理論在SRD系統中的應用進行深入的分析、發展和創新,在保證SR電機的固有優點前提下,改善或消除其存在的缺點,提高系統的性能,逐步開始出相應的產品,進而推廣SR電機的應用.研究結果表明,對SR電機設計及驅動系統的研究是非常有意義的工作.

關鍵詞：開關磁阻電機   驅動系統