开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计

开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计

开题报告电气工程及自动化开关磁阻电机数字控制系统设计一、前言开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。开关磁阻电机具有很大的发展潜力。

二、主题（一）、开关磁阻电机的发展概述“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar 1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。

1984年开始，我国许多单位先后开展了SR 电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。近

年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了 3KW、6KW 及 7.5KW 三套原理样机，电机采用的是风冷形式。但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。

（二）、开关磁阻电机的优缺点开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。

其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。

（1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。

（2）易于实现各种再生制动能力。

（3）定子线圈嵌装容易，热耗大部分在定子，易于冷却，效率高，损耗小，允许有较大的温升。

（4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于危险环境，控制灵活。

（5）调速范围宽，控制灵活并且输出效率很高。

（6）电机的绕组电流方向为单方向，控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性，转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。

其主要缺点为转矩脉动大、需要根据转子与定子相对位置投励、必须与控制器一同使用才能稳速运行、主接线数随着相数的增多而大量增多。

（三）、基本内容功率变化器在 SRD中占的比重非常的大，因此合理的设计功率变换器是提高SRD性能跟价格的关键之一。从功率变换器与电动机结构匹配、效率高，控制方便，结构简单、成本低的要求出发，一个理想的功率变换器应该具备如下条件：（1）最少数量的主开关器件；（2）基数相和偶数相的SR电机都适合用；（3）所有的电源电压都可以加到相绕阻上；（4）主开关器件的额定电压接近电动机额定电压；（5）相绕阻电流变化速度快；（6）通过主开关器件调制，能够有效的控制相电流；（7）绕阻磁链减少的同时能够将能量回馈给电源。

具备以上条件的电路有很多。主要有每相只有一个主开关管的电路，据有最少数量主开关器件的功率变换电路。

3.1每相只有一个主开关管的电路每相只有一个主开关管的电路包括双绕阻功率变换器、采用分裂式直流电源的功率变换器、带储存电容的功率变换器和再生式SR电动机功率变换器。

双绕阻功率变换器要求SR电动机每相有一个二次绕阻与一次绕阻完全耦合器主开关器件装置的额定电压至少是电机绕

阻额定值的两倍，因此未能用足主开关器件的额定电压，另一缺点是铜线的利用率低。但是就逆变电路而言它是经济的。

采用分裂式直流电源的功率变换器这种功率变换器中电容量和电源电压的定额将显著增加。为了保证三线电源两侧的负载相等，使上下臂各相工作电压相等，采用这种功率变换器方案只适用于偶数相的SR电机，这种方案对蓄电池供电系统是十分合适的。

带储存电容的功率变换器根据能量回馈电源的方法不同可以有如下几种方案：1、利用谐振回收能量2、利用阻尼回收能量3、利用斩波器回收能量。其各有优缺点。

3.2具有最少数量主开关器件的功率变换器它是在不对称半桥电路的基础上发展起来的一种新的少主开关器件的功率变换电路它保留了桥式电路的所有优点但所用的每相主开关可以少于两个。但是主开关的工作状态必须根据与其连接的所有相绕阻的电流来决定，所以必须提出对所有相电流独立控制的主开关器件策略，同时SR电机相绕阻接至功率变换器的方式必须加以限定。

电流检测电路用来检测定子绕组的电流大小，将其反馈到控制器中。四相电机可以采取A/C、B/D共用一套电流传感器，SRM功率变化器输出的相电流是单向的，可以用电阻采样，直流电流互感器，霍尔元件采样，磁敏电阻采样。

位置检测的目的是确定转子定子的的相对位置，即要用绝对位置传感器检测定子的相对位置，然后将信号反馈到逻辑控制电路，以确定对应相绕阻。通过电机四相绕阻的不同位置可以判断出转子的相对位子，从而达到检测转子相对位置的目的。

数字控制电路完成象限控制软起动等其他控制功能。通过单片机能实现非常多的控制功能，灵活性好、智能性好，但它也是有缺点的，就是系统响应速度受到单片机速度的影响。

（四）、开关磁阻电动机的数学模型开关磁阻电动机控制参数多，数学模型十分复杂。为了降低难度，对开关磁阻电动机采用简化、线性化或准线性化的分析方法，以便建立比较准确的开关磁阻电动机的数学模型。考虑了电动机的磁路饱和、涡流、磁滞效应等非线性的所有因素，可以列出一个很精确的数学模型，但是计算复杂很难用于仿真分析。因此，在建立开关磁阻电动机数学模型的时候，要在理论性和实用性上加以折中考虑。为了简化分析，做出如下的假设: (1)主电路电源的直流电压Us恒定不变；(2)主开关器件为理想开关，即导通压降为零，关断时流过的电流为零；(3)忽略所有的功率消耗；(4)电动机各相参数对称，忽略相间互感；(5)在一个电流脉动周期内，认为转速恒定。