开关磁阻电动机及驱动系统的设计

论文编号:ZD510 论文字数:32753,页数:56，有CAD图
 
摘要：开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。
 作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性，愈来愈得到人们的认可和应用。随着对开关磁阻电机认识的深入，其应用必将更为普遍关于开关磁阻电动机驱动系统(SRD)研究的一个主要方面是针对SRD系统的数学模型的建立及其稳态性能和动态性能的仿真计算。该文深入研究了SR电机的相电流波形、电磁转矩与电流和电感变化率之间的关系,
 该文的研究目的在于设计开关磁阻电机并通过对控制理论在SRD系统中的应用进行深入的分析、发展和创新,在保证SR电机的固有优点前提下,改善或消除其存在的缺点,提高系统的性能,逐步开始出相应的产品,进而推广SR电机的应用.研究结果表明,对SR电机设计及驱动系统的研究是非常有意义的工作.

关键词：开关磁阻电机   驱动系统

 目   录
摘  要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章  开关磁阻电机概述 …………………………………………………………………1
1.1 开关磁阻电机发展历史和趋势…………………………………………………… 1
1.2 开关磁阻电机驱动系统的组成…………………………………………………… 4
1.2.1 开关磁阻电机（SRM）……………………………………………………… 4
第2章  功率变换器及驱动电路的设计 …………………………………………………7
2.1 功率变换器设计的基本要求……………………………………………………… 7
2.2 控制器……………………………………………………………………………… 9
2.3.1 电流斩波控制 ………………………………………………………………10
2.3.2 角度控制…………………………………………………………………… 11
2.3.3 电压斩波控制……………………………………………………………… 12
2.3.4 控制方式的确定…………………………………………………………… 12
2.3.5 控制器的硬件设计与实现………………………………………………… 13
2.4 常用的功率变换器主电路拓扑…………………………………………………… 14
2.4.1 双开关式 ……………………………………………………………………14
2.4.2 双绕组式 ……………………………………………………………………14
2.4.5 电容分压式 ………………………………………………………………15
2.5 电源有效利用率…………………………………………………………………… 15
2.5.1 相控独立性 ………………………………………………………………15
2.6 主开关和续流二极管的选用依据和原则………………………………………… 16
2.7 电流检测器和位置检测器 …………………………………………………………18
2.7.1 电流检测器 ………………………………………………………………18
2.7.2 位置检测器………………………………………………………………… 18
3.1开关磁阻电机基本原理…………………………………………………………… 20
3.2开关磁阻电机的相数和结构……………………………………………………… 22
3.2.1 单相开关磁阻电机………………………………………………………… 23
3.2.2 两相开关磁阻电机………………………………………………………… 23
3.2.3 三相开关磁阻电机………………………………………………………… 23
3.2.4 四相开关磁阻电机………………………………………………………… 24
3.3 开关磁阻电机性能特点………………………………………………………… 25
3.4开关磁阻电机的转矩分析………………………………………………………… 27
3.4.1 一般转矩计算……………………………………………………………… 27
3.4.2 磁储能的计算……………………………………………………………… 28
3.4.3 理想电感的计算…………………………………………………………… 28
3.5 基本转矩计算…………………………………………………………………… 29
3.6 开关磁阻电机的电流分析………………………………………………………… 30
3.6.1 基本电路方程 ………………………………………………………………30
3.6.2 相电流分析………………………………………………………………… 31
3.7 开关磁阻电机调速系统………………………………………………………… 31
3.7.1 相数的研究与选择………………………………………………………… 32
3.7.2 变换器方案确定和主开关元器件选择…………………………………… 32
3.7.3 振动、噪声研究…………………………………………………………… 32
3.7.4 电机铁耗、效率分析……………………………………………………… 32
3.7.5 无位置检测器方案研究…………………………………………………… 33
第4章  开关磁阻电机设计方案 ………………………………………………………34
4.1 极数、相数和极弧……………………………………………………………… 34
4.1.1极弧确定的必要条件……………………………………………………… 35
4.1.2 极弧对电机特性影响的线性分析………………………………………… 35
4.2 结构参数对转矩波动的影响…………………………………………………… 36
4.2.1 转子外径的影响…………………………………………………………… 36
4.2.2 铁心长度的影响…………………………………………………………… 36
4.2.3 气隙的影响………………………………………………………………… 36
4.2.4 定子外径的影响…………………………………………………………… 36
4.2.5 绕组匝数的影响…………………………………………………………… 37
4.3 主要尺寸与电磁负荷的关系…………………………………………………… 37
4.4 主要尺寸的确定…………………………………………………………………… 38
4.5 其他参数的确定 ……………………………………………………………………40
4.5.1 绕组端电压 ………………………………………………………………40
4.5.2 气隙………………………………………………………………………… 40
4.5.3 转子轭高…………………………………………………………………… 41
4.5.4 轴径………………………………………………………………………… 41
4.5.5 定子轭高…………………………………………………………………… 41
4.5.6 定子槽深…………………………………………………………………… 42
4.5.7 每相绕组串联匝数………………………………………………………… 42
4.5.8电流密度和槽满率………………………………………………………… 42
第5章 电磁设计程序………………………………………………………………………43
5.1 相数、极数和绕组端电压………………………………………………………… 43
5.2 主要尺寸的选择 ……………………………………………………………………43
5.3 其它结构尺寸及绕组匝数 …………………………………………………………44
5.4 电流及转矩计算 ……………………………………………………………………46
5.5 绕组设计 …………………………………………………………………………46
5.6 参数计算 …………………………………………………………………………47
5.7 电磁设计小结 ……………………………………………………………………48
参考文献 ………………………………………………………………………………… 50
致谢………………………………………………………………………………………51
附录A（总装图）……………………………………………………………………………Ⅰ
附录B（装配尺寸图）………………………………………………………………………Ⅱ
附录C（定子）………………………………………………………………………………Ⅲ
附录D（转子）………………………………………………………………………………Ⅳ