基于DC脉冲法的开关磁阻电机损耗建模

摘要

开关磁阻电机是一种新型调速电机，具有结构简单、低成本、高容错性等特点，广泛的应用于牵引运输、通用工业、航空工业、家用电器等领域。但是开关磁阻电机铁芯的磁通波形极其复杂，铁损损耗的计算较为困难，以致多数的开关磁阻电机模型忽略了铁损损耗，这不利于建立精度高的开关磁阻驱动模型。
　　本文主要对铁损损耗进行研究。首先对开关磁阻电机磁链测量方法进行了改进，采用DC多脉冲法对电机进行测量，从而解决了DC单脉冲法无法充分显现铁损损耗的问题。其次，本文对开关磁阻电机磁路进行分析，针对上升下降区磁链计算法在电流为零时纯净磁链存在偏差的问题，在纯净磁链计算公式中加入修正因子，并对该修正因子进行拟合，基于修正后的计算公式成功地求解出铁损损耗和纯净磁链。最后，本文以一台1000W三相12/8极开关磁阻电机为例，利用Matlab/Simulink建立了包含铁损损耗的开关磁阻电机模型，进而建立了包含铁损损耗的开关磁阻电机驱动系统仿真模型。为了验证本文所设计的包含铁损损耗的开关磁阻电机驱动系统仿真模型的功能与仿真精度，本文搭建了开关磁阻电机驱动系统实测平台，在不同控制方式下，对仿真模型和实测平台进行了对比测试。实验证明，所设计的包含铁损损耗的开关磁阻电机驱动系统仿真模型相电流峰值相对误差小于5.00％，效率相对误差小于10.00％，转矩相对误差小于5.00％，转速相对误差小于8.00％，达到了设计指标的要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 开关磁阻电机损耗的研究现状

1．3 研究内容和设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织

第二章 开关磁阻电机原理和损耗分析

2．1 开关磁阻电机基本原理

2．1．1 基本结构

2．1．2 基本方程

2．1．3 控制方法

2．2 开关磁阻电机的损耗分析

2．2．1 铜损耗分析

2．2．2 铁损损耗分析

2．2．3 机械损耗和杂散损耗分析

2．3 本章小结

第三章 基于DC多脉冲法的开关磁阻电机铁损模型

3．1 实验数据的获取

3．2 磁链的计算及损耗的剥离

3．2．1 磁链及铁损计算方案

3．2．2 去除损耗的磁链的计算

3．2．3 铁损电阻的计算

3．3 铁损模型的建立

3．3．1 铁损模型分析

3．3．2 铁损电流的解析拟合

3．4 本章小结

第四章 开关磁阻电机驱动系统仿真模型设计

4．1 开关磁阻电机驱动系统仿真框架

4．2 开关磁阻电机模型

4．2．1 包含损耗的电磁力转换模块

4．2．2 机械传动模块

4．3 逻辑控制器

4．3．1 换相逻辑控制器

4．3．2 PWM信号产生模块

4．4 电源模块及功率变换器

4．4．1 电源模块

4．4．2 功率变换器

4．5 效率计算模块

4．6 开关磁阻电机驱动系统仿真模型仿真结果

4．7 本章小结

第五章 系统验证及结果分析

5．1 实测平台的建立

5．1．1 实测平台硬件环境

5．1．2 人机接口显示面板

5．1．3 控制器核心板

5．1．4 系统软件架构

5．2 仿真模型和实测平台结果对比

5．2．1 测试环境

5．2．2 实验验证与结果对比

5．2．3 测试结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介