非对称转子结构开关磁阻电机及其转矩脉动抑制的研究

摘要

两相开关磁阻电机是具有较少相数的一类电机，正是电机相数的减少使其结构更加简单、成本更加低廉，极其适合应用于高速或家用电器领域。两相开关磁阻电机虽具有诸多优点，但同时也存在特殊位置不能自启动、转矩脉动大和振动噪声严重的问题。本文提出一种新型非对称转子结构的两相开关磁阻电机，该电机不仅能解决自启动问题，同时能有效抑制电机转矩脉动和降低系统噪声。论文针对该种电机工作机理、结构参数优化及其转矩脉动抑制技术展开研究，主要研究工作如下：
　　首先，通过对非对称转子结构开关磁阻电机基本结构及工作机理的分析，探讨采用非对称转子实现电机自启动的机理及对电机磁路、磁链和电感的影响。改进基于特殊位置磁链曲线的非线性模型，建立适合于非对称转子结构开关磁阻电机的简化磁链模型，为提高简化磁链模型的建模精度，研究改进基于四条磁化曲线拟合的磁链解析模型，并通过仿真验证该磁链解析模型的建模精度。
　　其次，分析非对称转子结构开关磁阻电机工作时磁通自由切换的机理及定转子齿部的磁饱和情况，确定电机定转子轭高的最优选取原则，利用有限元仿真验证选取原则的合理性。探讨影响电机磁通自由切换时转矩脉动的结构参数，通过有限元仿真优化分析上述结构参数，寻求磁通自由切换最平稳时电机最优的结构参数。总结不同结构参数对电机磁链、电感和转矩输出特性的影响规律，归纳出该种电机的设计和参数优化方法。
　　其三，针对不对称半桥变换器驱动非对称转子结构开关磁阻电机换向时转矩脉动大的问题，提出无源升压功率变换电路驱动的方案。研究该功率变换电路通过绕组升压降低换相时励磁、退磁时间进而抑制转矩波动的机理，并利用非线性仿真模型进行仿真，验证无源升压功率变换电路抑制电机转矩脉动的可行性。
　　其四，分析非对称转子结构开关磁阻电机换向时电流和转矩特性，提出具有负转矩补偿的改进型转矩分配函数，以抑制电机换向时产生的负转矩，为进一步提高改进型转矩分配函数抑制转矩脉动的能力，将角度位置控制引入至改进型转矩分配函数，并通过系统仿真验证改进型转矩分配函数对抑制转矩脉动有效性。
　　最后，研制一台非对称转子结构开关磁阻电机，完成电机的静态特性测试，并与仿真数据对比得出样机实测值和理论值的误差，分析误差产生的原因。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 开关磁阻电机的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 非对称转子结构开关磁阻电机的电磁特性

2.1 引言

2.2 非对称转子结构开关磁阻电机的特性分析

2.3 非对称转子结构开关磁阻电机的基本方程

2.4 非对称转子结构开关磁阻电机的非线性解析模型

2.5 本章小结

第3章 非对称转子结构开关磁阻电机的结构参数优化

3.1 引言

3.2 定、转子轭高的优化

3.3 转子宽极底部收缩系数的优化

3.4 定、转子极弧的优化

3.5 电机优化前后转矩对比分析

3.6 本章小结

第4章 无源升压功率变换电路的研究

4.1 引言

4.2 无源升压功率变换电路的理论研究

4.3 无源升压功率变换电路的仿真分析

4.4 本章小结

第5章 基于TSF控制策略转矩脉动抑制的研究

5.1 引言

5.2 TSF控制策略原理

5.3 基于余弦型TSF控制策略的调速系统仿真分析

5.4 改进型TSF控制策略的研究

5.5 新型控制策略的研究

5.6 本章小结

第6章 非对称转子结构开关磁阻电机的静态测试

6.1 引言

6.2 非对称转子结构开关磁阻电机的有限元分析

6.3 非对称转子结构开关磁阻电机的静态测试

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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