无轴承开关磁阻电机全周期发电的基础研究

论文摘要

无轴承开关磁阻电机的研究始于上世纪九十年代,由于充分利用其运行时产生的径向力使转轴稳定悬浮,可为开关磁阻电机的振动和噪声问题提供一种新的解决途径。目前,无轴承开关磁阻电机已逐步成为高速电机领域一个新的研究热点。本文将应用于高速驱动领域的无轴承技术和开关磁阻电机的发电技术相结合,对无轴承开关磁阻电机全周期发电功能进行了一些基础研究,主要包括:在阐述普通开关磁阻电机发电机理和传统无轴承开关磁阻电机悬浮原理的基础上,通过对比,分析了无轴承开关磁阻电机全周期发电运行状态下的悬浮原理和全周期发电机理,并采用有限元仿真软件JMAG建立系统仿真模型,验证无轴承开关磁阻电机全周期发电的可行性。详细分析了全周期发电无轴承开关磁阻电机的数学模型,包括电感模型、悬浮力模型和发电电压模型。并利用MATLAB软件下的SIMULINKPSB工具箱,对电感模型的正确性进行仿真分析。基于全周期发电无轴承开关磁阻电机的数学模型,应用MATLAB软件建立了全周期发电仿真模型,对发电电压、径向悬浮力、主绕组和悬浮绕组电流进行仿真分析,为无轴承开关磁阻电机全周期发电运行的实现提供理论依据。在分析本系统控制要点的基础上,分析和设计了无轴承开关磁阻全周期发电运行的控制系统,包括功率变换器、数字控制硬件电路、数字控制系统软件。为实现无轴承开关磁阻电机全周期发电运行提供了可靠的实验条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无轴承电机的研究背景
• 1.1.1 磁轴承电机
• 1.1.2 无轴承电机
• 1.2 无轴承开关磁阻电机概述
• 1.2.1 开关磁阻电机
• 1.2.2 无轴承开关磁阻电机
• 1.2.3 无轴承开关磁阻发电机
• 1.3 本课题研究意义
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 无轴承开关磁阻电机全周期发电运行的基本理论
• 2.1 全周期发电无轴承开关磁阻电机的悬浮原理
• 2.2 无轴承开关磁阻电机全周期发电运行机理
• 2.2.1 普通开关磁阻电机发电原理
• 2.2.2 无轴承开关磁阻电机全周期发电机理
• 2.3 无轴承开关磁阻电机全周期发电系统构成
• 2.4 基于JMAG 的无轴承开关磁阻电机全周期发电系统有限元分析
• 2.4.1 JMAG 介绍
• 2.4.2 全周期发电系统模型的建立
• 2.4.3 有限元计算结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 无轴承开关磁阻电机全周期发电的数学模型
• 3.1 全周期发电无轴承开关磁阻电机转子角度的零度定义
• 3.2 电感模型
• 3.2.1 电感的推导
• 3.2.2 对比仿真
• 3.3 径向力的推导
• 3.3.1 麦克斯韦应力法
• 3.3.2 全周期发电BSRM 气隙磁密计算
• 3.3.3 全周期发电BSRM 径向悬浮力计算
• 3.4 发电电压公式
• 3.5 本章小结
• 第四章 无轴承开关磁阻电机全周期发电仿真分析
• 4.1 无轴承开关磁阻电机全周期发电运行控制策略
• 4.2 无轴承开关磁阻电机全周期发电系统MATLAB 建模
• 4.3 悬浮力恒定仿真及结果分析
• 4.3.1 发电电压的仿真结果
• 4.3.2 绕组电流的仿真结果
• 4.3.3 实际悬浮力的仿真结果
• 4.4 突加悬浮力仿真及结果分析
• 4.5 负载突变仿真及结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 无轴承开关磁阻电机全周期发电实验平台的搭建
• 5.1 电机主要参数
• 5.2 全周期发电用功率变换器
• 5.2.1 悬浮绕组功率变换器
• 5.2.2 主绕组功率变换器
• 5.3 数字控制系统的硬件电路设计
• 5.3.1 硬件组成
• 5.3.2 信号检测
• 5.4 数字控制系统的软件设计
• 5.4.1 DSP 程序的设计
• 5.4.2 CPLD 程序的设计
• 5.5 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
• 附录