开关磁阻电机转矩脉动抑制策略研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)由于结构简单,制造成本低,容错性能强、可适应恶劣环境等一系列的优点受到国内外众多学者和相关领域专家的关注,正在逐步应用于航空航天、电动汽车、矿井油田等领域,但由于其双凸极结构及非线性的电磁转矩特性导致其具有较大的噪声和转矩脉动,严重限制了SRM在电机市场中的应用。为了进一步提升SRM的核心竞争力,本文以抑制SRM转矩脉动为主题,展开了深入的理论分析与研究。详尽分析了SRM的数学模型以及工作原理,对造成SRM具有较大转矩脉动的原因展开了深入分析。为了能更深层次的对SRM控制方式进行研究,使用ANSYS和JMAG对SRM进行有限元分析来获取实验样机的特性曲线和数据,获取电机特性曲线的目的有两个,一是在Matlab/Simulink中搭建电机本体,为SRM控制策略的仿真分析创造有利条件,二是作为数组存入DSP中供相关控制策略在实验时查值使用。针对SRM在换相期间存在较大转矩脉动的现象,在基于转矩分配函数的直接瞬时转矩控制方法的基础上,提出了基于换相重叠角实时变化的控制策略。在常用的高性能控制方法中,其固定的换相重叠角并不适用于所有速度段,因此会产生不必要的转矩脉动,而本文所提方法的换相重叠角随电机转速实时变化,在不同速度段都有合理的换相重叠角与之匹配,保证了SRM在全速度段下都有较小的转矩脉动。通过与传统型控制策略做仿真对比,验证所提方法在抑制SRM转矩脉动方面的有效性。为了验证所提方法的可行性,设计并搭建了3k W、三相12/8极SRM的硬软件实验平台。硬件系统设计主要包括主回路、驱动电路、电流电压采样电路、保护电路、角度位置获取电路等部分电路的设计以及所用器件的合理选型。通过对控制算法进行编写,利用所搭建的SRM实验平台,对本文提出的控制策略进行实验验证与分析。与传统型控制策略的实验结果相比较,证明本文所提方法在抑制SRM转矩脉动方面的有效性和可行性。
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