论文部分内容阅读
与开关磁阻电机(SRM)相比,无轴承开关磁阻电机(BSRM)省去了机械轴承,它不仅继承了无轴承电机无摩擦、寿命长等优点,而且其结构简单、可靠性高,在航空航天、汽车等高速电机领域具有重要的应用研究价值。但是普通BSRM的转矩与悬浮力具有强耦合性,影响电机的运行性能,控制也会变得相对比较复杂。为了解决这一问题,研究者提出一种具有解耦结构的宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机(BSRMWR),这一电机通过转子结构的变化实现了转矩和悬浮力的解耦。BSRMWR虽然实现了转矩和悬浮力的解耦,但并未改变BSRM的双凸结构和脉冲式的电源供电方式,依然存在转矩脉动较大的问题。为了提升其稳定性和运行效率,减小BSRMWR的转矩脉动具有现实研究意义。首先,对比分析BSRMWR与普通BSRM的结构,介绍了12/8极单绕组BSRMWR的双相导通解耦原理,并利用麦克斯韦应力法推导出12/8极单绕组BSRMWR的转矩和悬浮力数学模型,并对悬浮力的数学模型进行变换,实现了悬浮力间的解耦。对其功率变换器以及利用有限元仿真得到的转矩特性模型与悬浮力特性模型也进行了简要的介绍,为后续的电机控制奠定基础。其次,介绍了传统电流斩波控制策略在BSRMWR的应用,指出其存在转矩脉动过大的问题并分析出原因。根据BSRMWR特有的数学模型,以抑制BSRMWR电机转矩脉动为目的,提出了一种基于电机开通角与关断角的电流优化的控制策略,通过理论分析与实验仿真相结合的方法对角度优化控制策略和传统电流控制策略下的转矩与悬浮力进行比较。接着,摒弃传统电流控制,从控制目标转矩与悬浮力直接入手,基于12/8极单绕组BSRMWR提出双相直接转矩控制(DTC)和直接悬浮力控制(DFC)。介绍了双相DTC&DFC控制策略的基本原理,并搭建仿真模型,将仿真结果与基于电流控制策略的角度优化控制方法的仿真结果进行对比分析。最后,介绍了BSRMWR的硬件实验控制平台,简要分析了控制系统程序的设计,基于上述控制系统,进行了电流斩波实验、静态悬浮实验以及双相导通解耦实验。对实验结果进行了详细的分析。