单绕组12/8极宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机发电运行控制策略

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单绕组宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机(BSRMWR)不仅具有结构简单、控制灵活、高速运行、容错率高等优点,而且便于实现转矩与悬浮力解耦控制,研究意义重大。目前大多数研究都集中于单绕组BSRMWR电动运行模式,由于该电机能够同时实现旋转与悬浮功能,并且在分布式发电系统、全电/多电船舶、飞机等高速发电领域具有更优越的应用条件,因此其发电运行模式作为另一种运行模式也需得到关注。本文针对12/8极单绕组BSRMWR的发电运行控制策略进行了相关研究,提出两种控制策略来适用于电机在不同场合的发电需求,并引入模糊PI控制来优化输出电压控制性能,为今后的实验研究提供理论基础。首先,利用有限元软件,比较分析了单绕组无轴承开关磁阻电机(BSRM)与单绕组BSRMWR电机结构、工作原理,解释了单绕组BSRMWR中转矩与悬浮力的解耦机理,通过麦克斯韦应力法推导了电机转矩与悬浮力数学模型,并引入中间变量改进了悬浮力数学模型。其次,提出了一种低铜耗发电运行控制策略,给出了相关控制参数的计算公式和系统控制方框图,并在Matlab/Simulink仿真软件下搭建开环与闭环仿真模型,分别观察分析了开环与闭环相电流、悬浮力和输出电压波形,验证在该策略下电机能够稳定悬浮,输出电压稳定。随后,提出一种利于减振的发电运行控制策略,推导出相关电机控制参数公式,利用Matlab/Simulink仿真软件对模型进行开环与闭环仿真,并通过仿真对比分析电机在该策略下与低铜耗发电运行控制策略下定子被激发的振动响应,验证该策略的减振效果。最后,将模糊控制引入12/8极单绕组BSRMWR发电系统,基于本电机特性对模糊PI控制器进行详细设计,利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型,分别在减振和低铜耗发电运行控制策略下,对系统基于传统PI控制的输出电压波形与基于模糊PI控制的输出电压波形对比分析,验证了在模糊控制下系统输出电压具有更好的控制性能。
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