低压大电流状态下微型电动汽车用开关磁阻电动机的设计与控制

摘要

目前，能源短缺及能源消费所引起的环境问题日益严重，伴随人类的节能环保意识日益增强，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具将成为未来交通发展的方向。微型电动汽车是一类纯电动汽车，具有体积小、质量轻、低速性能好等优点，是一种特别适合我国中小型城市以及广大农村运行的短途交通工具，一经出现，便受到了国内相关领域企业和学者的重视。本文针对微型电动汽车驱动系统的要求设计了一台开关磁阻电动机(SRM)。该电机具有价格低廉、结构简单、散热性能好的优点，且能够工作在低压大电流状态下。将SRM应用在微型电动汽车上，不仅可以满足微型电动汽车工况的需要，还能降低其成本。
　　 本文首先介绍了微型电动汽车的发展背景及意义，对其结构和原理进行简要的概述。阐述了目前国内外发展现状，并分析对比了各类电动汽车驱动用电机的性能，提出了开关磁阻电动机作为驱动系统的核心部件。对电机的结构及工作原理、设计方法进行较为详细的阐述，确定了结构尺寸参数，仿真验证了其设计的合理性。
　　 从理论上较为详细的分析了开关磁阻电动机转矩脉动产生的原因，阐述了目前国外转矩脉动抑制方法，采用了优化开关角的策略来抑制转矩脉动。基于MATLAB/Simulink构建了模块化的SRM驱动控制系统，为分析不同状态下开关角对SRM驱动性能的影响提供了仿真平台。
　　 模拟微型电动汽车部分驱动系统设计了SRM数字控制平台，设计了功率变换器、驱动电路模块等硬件电路，编制了相应的软件程序。构建了基于SRM控制系统的实验平台，对电机空载、负载、变速等运行条件进行实验研究，验证了电机具有较好的动态性能。同时通过采用优化的开关角度能达到减小转矩脉动目的，从而增强微型电动汽车稳态运行的平稳性，为开关磁阻电动机在低速领域的应用提供了必要的依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 微型电动汽车

1．1．1 微型电动汽车的发展背景及意义

1．1．2 微型电动汽车的结构及原理

1．1．3 微型电动汽车的特点

1．2 微型电动汽车的发展现状

1．2．1 国外微型电动汽车发展现状

1．2．2 国内微型电动汽车发展现状

1．3 微型电动汽车驱动电机的分析

1．4 微型电动汽车用开关磁阻电动机的提出

1．4．1 开关磁阻电动机的发展

1．4．2 开关磁阻电动机的在电动汽车上的应用

1．5 本课题研究的主要内容

第二章 开关磁阻电动机的理论分析与设计

2．1 开关磁阻电动机的结构与工作原理

2．2 开关磁阻电动机的数学方程

2．3 开关磁阻电动机的稳态运行

2．4 开关磁阻电动机额定参数的确定

2．5 开关磁阻电动机的设计

2．5．1 开关磁阻电动机参数的基本要求

2．5．2 开关磁阻电动机主要尺寸及性能参数的选择

2．5．3 电机的设计数据

2．6 开关磁阻电动机的性能仿真分析

2．6．1 开关磁阻电动机的电磁场理论

2．6．2 开关磁阻电动机的ANSOFT有限元法

2．7 本章小结

第三章 开关磁阻电动机转矩脉动的分析与抑制

3．1 SRM电机转矩脉动的分析

3．2 转矩脉动的控制策略

3．3 SRM开关角的优化和性能分析

3．3．1 基于MATLAB的SRM驱动控制系统的建模

3．3．2 开关角的优化

3．3．3 电机驱动性能的分析

3．4 本章小结

第四章 开关磁阻电动机软硬件系统的设计

4．1 SRM电机驱动控制系统的构成

4．1．1 TMS320F2812DSP及CPLD的功能特点

4．1．2 功率变换器的设计

4．1．3 驱动电路的设计

4．1．4 电流检测与信号处理

4．1．5 转子位置与速度检测

4．2 软件的设计

4．2．1 系统软件的总体设计

4．2．2 速度的计算

4．2．3 位置的计算

4．3 本章小结

第五章 SRM驱动系统的实验与结果

5．1 SRM实验系统的构成

5．2 SRM空载及负载实验

5．3 转矩脉动的实验验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在学期间参与的科研项目

在学期间发表论文