无轴承开关磁阻电机控制策略研究与实现

摘要

无轴承电机利用磁轴承结构与交流电机定子结构的相似性,把产生电磁悬浮力的绕组集成到电机中,从而同时实现转子旋转和悬浮控制.无轴承电机在继承磁轴承无磨损、无摩擦、无需润滑以及密封性好、便于维护等优点的同时,轴向长度也得到充分利用,便于电机向大功率和高速化领域发展.开关磁阻电机作为结构最简单的一种交流电机之一,具有维护方便,容错性能强,高速适应性能极佳等显著特点.无轴承技术在开关磁阻电机中的应用将有望改善开关磁阻电机的振动与噪声问题.本文详细分析了有转子偏心情况下的无轴承开关磁阻电机的数学模型.在此基础上,研究了无轴承电机空载情况下的控制策略,并进行了实验,成功实现了空载情况下的稳定悬浮控制.分析了国外已有的无轴承开关磁阻电机负载控制策略,针对求取主绕组电流和超前角的方法进行了改进,并用此方法实现了悬浮力负载稳定悬浮.

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第一章绪论

1.1无轴承电机的研究背景

1.1.1磁轴承电机概述

1.1.2无轴承电机特点

1.1.3元轴承电机的研究概况

1.2无轴承开关磁阻电机

1.2.1无轴承开关磁阻电机悬浮力产生的原理

1.2.2无轴承开关磁阻电机数学模型的发展概况

1.3课题研究意义和主要内容

第二章无轴承开关磁阻电机的数学模型

2.1无轴承开关磁阻电机转子角度的零度定义

2.2悬浮力表达式的推导

2.2.1磁导表达式

2.2.2电感矩阵

2.2.3悬浮力表达式

2.3电磁转矩表达式的推导

2.4绕组结构对比

2.5本章小结

第三章无轴承开关磁阻电机空载悬浮控制策略

3.1无轴承开关磁阻电机空载悬浮策略分析

3.1.1电流控制方式

3.1.2工作相数选择

3.1.3导通宽度

3.1.4空载条件下开通角的选择

3.1.5 α和β方向悬浮力耦合因素的忽略

3.2实验与分析

3.3本章小结

第四章无轴承开关磁阻电机负载运行控制策略

4.1平均电磁转矩

4.1.1θm的定义

4.1.2平均转矩的计算

4.2 im*和θm*的求取方法

4.3负载实验与分析

4.4本章小结

第五章无轴承开关磁阻电机软硬件系统设计

5.1电机本体

5.2功率主电路拓扑结构

5.3控制系统硬件组成

5.4控制系统软件部分

5.4.1软件主要流程

5.4.2测速问题讨论

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文主要工作

6.2需要进一步研究的工作

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文