开关磁阻电机调速系统设计

论文编号:ZD509 论文字数:40579,页数:77，有开题报告，任务书，文献综述,
摘 要:  开关磁阻电机是上个世纪80年代出现的一种新型机电一体化的可控调速驱动系统。具有极其优良的性能和广泛的应用前景。它是随着微电子技术、控制技术、电力电子技术和现代计算机技术的发展而发展起来的。它具有结构简单、运行可靠、控制灵活及效率高等突出特点，由其构成的调速系统(SRD)具有交、直流调速系统所没有的优点。目前己经在多个工业部门得到应用。              
     本文介绍了开关磁阻电机的发展历史、现状和发展方向及其开关磁阻电机控制器的原理框图着重对各组成部分进行了设计,其中介绍了SRM的工作原理并对电机的运行进行了分析；分析了各种不同功率变换器的工作原理并对其性能进行了比较，设计了功率变换器和驱动电路；设计了功率变换器的保护电路；论文对开关磁阻电动机控制系统的传递函数进行了研究和分析，对数字控制器参数进行初步估算。对IGBT模块的驱动和保护进行了研究，对保护网络元件参数的求解进行了理论推导并得出了一种切实可行的参数选择方法。分析了开关磁阻电机的控制方式并介绍了EDA技术在控制器中的应用；并复杂可编程器(CPLD)和VHDL语言进行了简单的论述。本文设计了CPU+CPLD控制器的硬件电路，其中包括逻辑电路的设计和模拟电路的设计。文章还简单的对SR电机的噪声进行了简要的分析。
 最后，进行了实验并测试出各类数据和曲线，测定了控制器的性能。根据测试的结果，分析了这种功率变换器的运行模式，给出了相关参数的估算公式，为功率变换器的工程设计提供了指南.通过仿真分析，证实了系统运行的可行性。

 关键词：开关磁阻电机驱动器（SRD），开通角，关断角，电流斩波，功率变换器，位置检测

 目　录
摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章  绪论………………………………………………………………………1

 1.1开关磁阻电机的发展概况……………………………………………………1
  1.1.1国外发展概况 ……………………………………………………1
     1.1.2 国内发展概况……………………………………………………2
 1.2 开关磁阻电机调速系统的性能特点 …………………………………3
 1.3开关磁阻电机调速系统的研究方向 ………………………………………5
 1.4 本文的主要研究内容………………………………………………………7
 
第2章 开关磁阻电机调速系统设计及其数学模型 …………………8
 2.1 开关磁阻电机调速系统的结构及功能 ……………………………………8
  2.2 开关磁阻电机基本结构 …………………………………………………9
    2.3开关磁阻电机工作原理 …………………………………………………10
 2.3.1 开关磁阻电机的数学模型……………………………………12
 2.3.2 数学模型的求解方法 ……………………………………………13
 2.4  开关磁阻电机工作的基本分析…………………………………………14
 2.4.1电感与转子位置角的关系………………………………………14
    2.4.2 电磁转矩的分析……………………………………………………15
 2.4.3 绕组电流的分析……………………………………………………16
 2.4.4 转速的控制…………………………………………………………17
 
第3章 功率变换器设计…………………………………………………………19
 3.1 功率变换器主电路及比较…………………………………………………19
 3.2开关磁阻电机主电路的的选用依据和原则………………………………23
 3.3主开关和续流二极管的选用依据和原则…………………………………23
 3.4功率变换器的设计……………………………………………………… 25
 3.4.1电路的设计…………………………………………………………25
 3.4.2元器件定额及选型…………………………………………………27
 3.4.3  IGBT驱动电路的设计……………………………………………29
 
第4章 开关磁阻电机控制器的设计与实现………………………………33
 4.1 SRM基本控制原理介绍 ………………………… ………………………33
 4.1.1正反转控制…………………………………………………………33
 4.1.2开关磁阻电机控制方式……………………………………………33
 4.1.3 各控制方式的特点…………………………………………………34
 4.2 控制器控制方式的确定…………………………………………………34
 4.3 控制器的硬件设计与实现………………………………………………35
 4.3.2硬件描述语言（HDL）简介…………………………………………36
 4.3.3 CPLD介绍……………………………………………………………37
 4.3.4器件介绍……………………………………………………………39
 4.4 硬件电路的设计 …………………………………………………………42
 4.4.1 位置传感器输入电路………………………………………………42
 4.4.2 PI环电路……………………………………………………………45
 4.4.3 相信号输出与逻辑综合电路………………………………………47
 4.4.4 角度细分电路 ……………………………………………………49
 4.4.5优先编码电路的设计………………………………………………53
 4.5电路的抗干扰设计 …………………………………………………………53
 4.5.1屏蔽技术 ……………………………………………………………53
 4.5.2电路板的抗干扰设计 ………………………………………………53
 
第5章试验结果数据分析………………………………………………………54
 
 5.1 试验装置与试验原理 ……………………………………………………54
 5.1.1 试验装置……………………………………………………………54
 5.1.2 试验原理 …………………………………………………………55
 5.2 稳态运行性能测试………………………………………………………55
 5.3 系统动态性能测试………………………………………………………56
 5.3.1系统动态性能测试………………………………………………56
 5.3.2 带负载时的动态性能 ……………………………………………56
 5.4 实验波形与分析…………………………………………………………59
 5.4.1 整流桥输入电流波形  ……………………………………………59
 5.4.2 绕组电压波形 ……………………………………………………59
 5.4.3 绕组电流波形 ……………………………………………………60
 5.5转矩与电流关系曲线及其分析……………………………………………62
 5.6 SR电动机运行时的转矩脉动与噪声……………………………………62
 5.6.1 SR电动机的转矩脉动分析…………………………………………62
 5.6.2 SR电动机的噪声分析………………………………………………63
结束语…………………………………………………………………………………65
参考文献………………………………………………………………………………67
致谢……………………………………………………………………………………69