无轴承开关磁阻全周期发电机励磁优化的研究与实现

论文摘要

开关磁阻发电机与永磁电机相比在功率密度方面存在着不足。本文将无轴承技术和开关磁阻电机的发电技术相结合,研究无轴承开关磁阻电机的全周期发电功能,有望在保持开关磁阻发电机的高速适应性的同时改善其功率密度的局限性。本文推导了全周期发电机的数学模型,建立了全周期发电机的MATLAB仿真模型,并搭建了全周期发电机的实验平台。实验平台主要包括数字控制系统、功率驱动系统、全周期发电机本体、拖动用异步电动机。在此基础上,提出了加宽导通励磁控制策略,在不增加控制复杂性的基础上优化励磁,并解决悬浮力凹陷问题。其后,从开关磁阻发电机的相电流解析及应用出发,研究了电流斩波控制方式下的无轴承开关磁阻全周期发电机,求解其相电流,推导其磁链电流关系式进而分析其能量转换关系,并总结出开通、关断角度的优化方法,进一步提高输出电压。通过仿真和实验证明了加宽导通策略的优越性,验证了相电流解析和开关角度优化方法的有效性。最后展望了下一步的研究工作。本课题受国家自然科学基金(50877036)的支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无轴承电机
• 1.1.1 磁轴承电机与无轴承电机
• 1.1.2 无轴承电机的研究概况
• 1.2 无轴承开关磁阻全周期发电机的研究背景
• 1.2.1 开关磁阻发电机
• 1.2.2 无轴承开关磁阻全周期发电机及其研究现状
• 1.3 课题的研究意义和本文的研究内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第二章 无轴承开关磁阻全周期发电机的基本原理和励磁控制策略
• 2.1 无轴承开关磁阻全周期发电机的基本原理
• 2.1.1 悬浮原理
• 2.1.2 发电运行原理
• 2.1.3 数学模型
• 2.2 无轴承开关磁阻全周期发电机的励磁控制策略
• 2.2.1 轮流导通策略
• 2.2.2 加宽导通策略
• 2.2.3 励磁控制策略的仿真比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 无轴承开关磁阻全周期发电机的相电流解析及应用
• 3.1 开关磁阻发电机的相电流解析及应用
• 3.1.1 相电流解析
• 3.1.2 相电流解析的应用
• 3.2 无轴承开关磁阻全周期发电机在电流斩波控制下的相电流解析及应用
• 3.2.1 相电流解析
• 3.2.2 相电流解析的应用
• 3.3 本章小结
• 第四章 无轴承开关磁阻全周期发电机的角度优化
• 4.1 开关磁阻发电机的角度优化
• 4.2 无轴承开关磁阻全周期发电机的角度优化
• 4.3 本章小结
• 第五章 无轴承开关磁阻全周期发电机的平台设计和实验结果
• 5.1 无轴承开关磁阻全周期发电机的实验平台设计
• 5.1.1 数字控制器设计
• 5.1.2 软件设计
• 5.1.3 机械设计
• 5.2 无轴承开关磁阻全周期发电机的实验结果
• 5.2.1 相电流解析的验证实验
• 5.2.2 斩波模式的对比实验
• 5.2.3 电压闭环的验证实验
• 5.2.4 角度优化实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 需要进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文