带前级Buck变换器的电励磁双凸极电机驱动系统研究

摘要

电励磁双凸极电机（WFDSM）以其结构简单、控制灵活及功率密度高的特点，在高速高效电机领域有着更广阔的应用前景。本文主要研究了高速电励磁双凸极电动机的驱动系统，在对传统的PWM调制方式下WFDSM工作模态分析的基础上，特别针对电机电流纹波及转矩脉动，提出了一种带前级 Buck变换器的控制系统拓扑结构及相应的控制策略，为高速电励磁双凸极电动机的实践应用奠定了基础。　　首先介绍了电励磁双凸极电机的工作原理及数学模型，详细分析了传统PWM调制方式下，高速双凸极电动机在换相区和非换相区的工作模态，指出了传统PWM调制方法下电机会出现电流上升过快，斩波严重，存在较大的电流纹波和转矩脉动。在此基础上提出了在三相逆变器前级加入Buck变换器，通过调节Buck的输出电压，从而控制转速，有效降低了电机的纹波电流，抑制了电机的转矩脉动，拓宽了电机的调速范围。　　针对12/8极结构的电励磁双凸极电动机，本文通过有限元仿真软件Ansoft Maxwell和Simplorer建立了带前级Buck变换器的高速WFDSM调速系统的模型，搭建了基于DSP与CPLD的电励磁双凸极电动机驱动系统，详细介绍了系统软件和硬件的设计过程，完成了对样机的调速实验，结果验证了带前置Buck变换器的高速双凸极电机调速系统在调速和调负载的过程中，具有良好的稳态与动态性能。　　最后，根据双凸极电机的机电能量转换过程，从磁能变换的角度分析了电励磁双凸极电机电动及发电运行时的工作原理。并借助有限元仿真软件，针对同一台12/8极电励磁双凸极电机，分析了电枢反应对双凸极电机电动及发电功率的不同影响，给出了不同励磁电流下电动及发电功率特性曲线。并且对原理样机进行了电动和发电的负载实验，验证了理论分析的正确性。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 双凸极电机的发展概况

1.3 双凸极电机调速控制方式的研究现状

1.4 选题依据及研究内容

第二章 电励磁双凸极电动机的基本结构和PWM调制方法

2.1 引言

2.2 电励磁双凸极电动机的基本结构

2.3 电励磁双凸极电动机的数学模型

2.4 电励磁双凸极电动机的工作原理

2.5 电励磁双凸极电动机的调制策略

2.6 带前级Buck电路的双凸极电机驱动器

2.7 仿真与实验结果分析

2.8 本章小结

第三章 带前级Buck变换器的WFDSM调速系统的建模与仿真

3.1 引言

3.2 调速系统控制原理

3.3 高速双凸极电机调速系统的建模

3.4 高速双凸极电机调速系统的仿真

3.5 本章小结

第四章 调速系统的设计及实验

4.1 引言

4.2 高速WFDSM调速系统的硬件设计

4.3 高速WFDSM调速系统的软件设计

4.4 实验结果及分析

4.5 本章小结

第五章 发电/电动功率比较

5.1 引言

5.2 电动和发电工作原理的磁能分析

5.3 电动和发电工作特性的比较

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文