混合励磁调速器及其控制方法的研究

摘要

磁力传动调速技术是近年来逐渐发展完善的一种新型电气传动技术。其工作原理是通过调节感生磁场的强弱调节转矩，从而能够在非刚性连接的条件下实现转矩传递。与传统调速方式相比，此种调速方式具有无摩擦损耗，无需精确对中等优点。但其现有的调速控制方式是通过机械装置调节气隙距离实现调节转矩的目的，系统惯性大，响应速度慢，无法实现系统的快速调节。本文中提出一种新型混合励磁调速器的结构，对其结构参数进行设计，对其电磁特性进行分析，并设计相应的调速控制系统。 本文首先提出一种新型混合励磁调速器的结构，该结构利用绕组结构替代传统的导体盘结构。然后对该结构的永磁体尺寸、材料型号、绕组结构等方面进行参数设计。进而，针对该结构的进行等效分析模型的建立。采用分离变量法，分别对永磁体产生的磁场以及绕组产生的磁场进行解析模型建立，确定不同介质层内的磁场分布。将解析模型计算与有限元仿真结果进行对比，验证数学解析模型的精确性。 利用有限元分析软件，对所提出的混合励磁调速器进行二维场及三维场的仿真分析，进行空间磁密、电流密度等参数的矢量分布情况的仿真分析，验证其结构设计的合理性。针对不同负载转矩下的混合励磁调速器进行三维瞬态场仿真，得出不同时刻下，混合励磁调速器的运行状态。 针对电励磁与永磁叠加方式，进行混合励磁调速器的传动控制系统的设计。将直接转矩控制方法结合到混合励磁调速器的控制系统当中，构成基于直接转矩控制方法的混合励磁调速控制系统。对所提出的控制系统进行系统建模和参数设计。最后，在Matlab-Simulink环境下搭建仿真模型，对控制系统性能进行仿真验证。仿真结果表明，该控制系统具有响应速度快、鲁棒性强的特点。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2混合励磁调速器的原理

1．2．1混合励磁调速器的工作原理

1．2．2混合励磁调速器的控制原理

1．2．3混合励磁调速器的基本结构原理

1．3混合励磁调速器及其控制方法的发展及研究现状

1．3．1混合励磁调速器建模的发展及研究现状

1．3．2混合励磁调速器控制方法的发展及研究现状

1．4本文主要研究内容和章节安排

第2章混合励磁调速器结构设计分析

2．1混合励磁调速器基本结构

2．1．1混合励磁调速器结构框架设计

2．1．2混合励磁调速器工作原理

2．2磁极设计

2．2．1永磁材料的选择

2．2．2永磁体的设计

2．2．3极数与极弧系数

2．3新型混合励磁调速器主磁路结构

2．4绕组及定子盘设计

2．4．1绕组设计

2．4．2轭铁盘设计

2．5混合励磁调速器空载磁场分析

2．6新型混合励磁调速器基本电磁关系分析

2．7新型混合励磁调速器基本尺寸

2．8本章小结

第3章混合励磁调速器的磁场分析

3．1新型混合励磁调速器等效分析模型

3．2基于分离变量法的磁场分析

3．2．1分离变量法求解永磁体励磁磁场

3．2．2分离变量法求解绕组感生磁场

3．3本章小结

第4章混合励磁调速器有限元分析

4．1有限元分析及软件简介

4．2混合励磁调速器的二维有限元分析

4．2．1混合励磁调速器二维有限元仿真模型

4．2．2二维稳态磁场仿真分析

4．3．1混合励磁调速器三维仿真模型

4．3．2混合励磁调速器的三维静态场磁场仿真

4．3．3混合励磁调速器的三维瞬态场磁场仿真

4．4本章小结

第5章混合励磁调速器的控制方法

5．1混合励磁调速器数学模型的建立

5．1．1三相电压的空间矢量表现形式

5．1．2三相电压源逆变器

5．1．3扇区判断

5．2混合励磁调速器直接转矩控制

5．2．1混合励磁调速器直接转矩控制原理

5．2．1磁链与转矩控制原理

5．2．2直接转矩控制开关表选择

5．3混合励磁调速器控制系统仿真实验及结果分析

5．3．1仿真模型结构及参数设置

5．3．2仿真实验及结果分析

5．4本章小结

第6章结论与展望

6．1总结

6．2未来展望

参考文献

致谢