交流电机的绕组变匝数控制理论研究

摘要

在很多交流电机调速领域例如电动汽车、机床主轴驱动和伺服装置等应用场合中，要求驱动系统既能在低速时提供大的转矩，又具有比较宽广的调速范围。良好的调速控制方法除了可满足各应用场合的转速、转矩等要求外，同时还可以起到节能的作用。传统电机系统要直接满足这些要求会比较困难，因此需要通过借助机械变速系统或者一些电机控制方面的策略如弱磁控制等途径来达到拓宽电机的转速和转矩调节范围的目的，这样做的缺点是增加了系统的重量，并且可能会使效率降低。本文针对拓展调速范围的问题，以交流电机为对象，分析其提升调速范围的一些常用方法，重点研究了通过改变绕组匝数来降低反电势进而拓展调速范围的原理，提出了定子绕组等效匝数的概念，验证了定子绕组匝数在特定范围内连续可调的可行性。
　　首先，本文论述了拓宽交流电机调速范围的原理，分析了常用的扩展交流电机调速范围的方法:变极调速、弱磁调速以及改变绕组结构。对这三种方法的原理和实现途径进行了论述，介绍了该领域当前的一些研究方向和成果，说明了其各自的应用场合与不足。
　　然后，本文阐述了交流电机改变绕组匝数来拓宽调速范围的原理，通过对转矩-转速曲线的分析，论证了绕组匝数变化对电机性能的影响，介绍了一种改变绕组匝数的实现途径。从电动汽车的应用场合出发，提出了交流电机定子绕组等效匝数的概念，可以通过脉冲控制半导体开关的开通与关断来改变定子绕组的等效匝数。
　　最后，对该方法进行了仿真分析，通过对切换前后定子电流的数值比较，初步验证了通过调节控制脉冲的占空比来进行连续调节定子绕组等效匝数的可行性。

目录

声明

致谢

论文说明

摘要

插图目录

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 电动汽车电机系统

1．3 交流电机拓宽调速范围方法概述

1．4 论文的主要工作

第二章 交流电机扩调速范围的一般方法

2．1 变极调速

2．1．1 传统变极方法

2．1．2 交极调速的发展

2．2 弱磁调速

2．2．1 异步电机弱磁调速

2．2．2 同步电机弱磁调速

2．3 变绕组结构

2．3．1 串并联切换

2．3．2 绕组接法切换

2．4 本章小结

第三章 交流电机的绕组变匝数控制原理及实现方法

3．1 绕组变匝数控制基本原理

3．1．1 交流电机等效电路

3．1．2 绕组匝数对电机参数的影响

3．1．3 交流电机运行状态

3．1．4 改变绕组匝数拓宽电机调速范围

3．2 一种绕组变匝数控制的实现方案

3．2．1 该方案的控制电路原理及切换过程

3．2．2 保护电路

3．2．3 控制框图

3．3 本章小结

第四章 交流电机定子绕组等效匝数连续可调的理论原理

4．1 定子绕组等效匝数连续可调的意义

4．2 定子绕组等效匝数的折算

4．3 定子绕组等效匝数改变的实现原理

4．4 本章小结

第五章 交流电机定子绕组匝数连续可调的仿真验证

5．1 三相感应电机的相坐标系下的模型

5．2 三相感应电机的dq坐标系下的模型

5．2．1 标量形式

5．2．2 空间向量形式

5．3 变绕组匝数的瞬态仿真

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 未来展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文