开关磁阻电机调速系统可靠性设计分析

摘要

随着现代电力电子技术、控制技术以及数字计算机技术的发展，在上世纪80年代出现的一种新型调速电机——开关磁阻电机驱动系统。它将开关磁阻电动机(SRM)与现代电力电子技术、控制技术融为一体，兼有异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统的优点，引起了各国电气传动界的广泛重视，其驱动系统(SRD)已经应用到很多场合。
　　 随着人们对产品质量、安全的关注以及航空航天、军事领域等特殊应用场合的要求，对开关磁阻电机调速系统进行可靠性研究显得非常迫切。而国内在机电一体化系统特别是开关磁阻电机调速系统的可靠性领域的研究几乎处于空白。因此，本文针对SRD系统进行了可靠性设计分析，主要工作如下：
　　 在电机本体上，结合性能设计，首先对利用JMAG有限元软件对电机本体进行电磁优化设计。建立了轴承疲劳寿命的应力-强度三参数威布尔模型，以及绕组的可靠性模型。并考虑绕组与轴承间的相互影响，重点分析了不同绕组连接方式对电机轴承可靠性的影响。
　　 在功率变换器上，对几种常见变换器进行性能与可靠性对比分析，优选出不对称半桥电路，然后利用可靠性分配法对不对称半桥变换器进行可靠性设计分析，并通过应力温度失效模型对变换器中各器件进行可靠性设计。
　　 在控制器上，进行了控制器性能设计以及实验验证工作，探讨了不同控制策略对功率变换器可靠性的影响。利用器件计数法对控制器进行可靠性预计。
　　 为进一步提高系统可靠性，针对薄弱环节进行了设计——即采用双通道容错控制方案，并对单、双通道系统做出可靠性对比。