开关磁阻调速电机系统可靠性研究

摘要

开关磁阻调速电机系统因其较强的容错性能和较高的可靠性具有广阔的应用前景。首先，本文在介绍了开关磁阻调速电机系统结构及组成的基础上，建立了系统可靠性串联模型，分析了组成系统各元器件的重要度，指出功率开关器件是系统最薄弱环节。针对功率开关器件进行了器件级可靠性研究，建立了功率开关器件的损耗模型和热阻抗模型，通过电热联合仿真得出了器件的结温，然后实验验证了所建模型的正确性，实现了对斩波管和位置管失效率的修正，修正结果表明温度是影响功率开关器件可靠性的重要因素。其次，在分析开关磁阻调速电机系统主要电气故障的基础上，利用马尔科夫理论建立了系统级可靠性评估模型。在MATLAB中搭建了系统及主要元器件故障的仿真模型，进行了故障仿真。同时搭建了硬件平台进行了实验验证，仿真和实验结果相符。对照故障仿真结果和所设定的性能指标确定了系统所处的状态，画出了开关磁阻调速电机系统的系统状态转移图，达到对开关磁阻调速电机系统可靠性进行定性分析的目的。接着，在所建立的系统马尔科夫模型基础上，对开关磁阻调速电机系统进行了定量计算，实现了系统可靠性定量评估。先计算出模型中需要的状态转移概率，之后根据系统状态转移图计算出系统状态转移矩阵和系统可能所处状态的概率函数，最终计算出系统修正前与修正后的可靠性指标，修正结果表明功率开关器件能够很大程度影响系统可靠性。最后，总结了全文的主要工作，并给出了后续工作的研究目标和努力方向。

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变量注释表

1概述

1.1可靠性的研究背景及研究意义

1.2电机系统可靠性的研究现状

1.3开关磁阻调速电机系统可靠性的研究现状

1.4可靠性基本理论

1.5本文主要内容

2开关器件IGBT可靠性研究

2.1 开关器件重要度分析

2.2电热模型

2.3温升实验

2.4 IGBT可靠性分析

2.5本章小结

3开关磁阻调速电机系统可靠性建模

3.1开关磁阻电机故障分析

3.2故障模型

3.3性能指标的设定

3.4 系统状态转换图的建立

3.5本章小结

4开关磁阻调速电机系统可靠性定量评估

4.1 Chapman-Kolmogorov方程

4.2状态转移概率计算

4.3状态概率计算

4.4 系统可靠性评价指标计算

4.5本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

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