磁通开关电机的设计与控制

论文摘要

单相磁通开关电机是一种新型的无刷电机,双凸极结构、集中绕组、定子和转子都无永磁体、结构简单。电机本身的特点决定了其制造成本低廉、坚固耐用、噪声较小、适合于在家用电器、电动工具、轻工业以及机动车等场合应用。电机本体的成本低于同等功率的单相电机、永磁电机等。磁通开关电机需要配合控制器一起使用,在调速的场合整个系统的成本还是要比其它电机系统低,如开关磁阻电机系统。低廉的成本是整个磁通开关电机调速系统的竞争优势。但是此电机刚提出不久,从理论到设计方法、控制策略还不完善;而且磁路深度饱和,不能应用传统的电机分析方法。本文在前人研究的基础上,主要做了以下几个方面的工作:1、介绍了磁通开关电机系统的拓扑结构、工作原理、运行特点,计算了电机的性能,应用MATLAB语言编写了磁通开关电机的设计程序。2、根据磁通开关电机的工作原理和特点,应用MATLAB建立非线性仿真模型,并且应用仿真模型仿真了电机的运行情况。3、应用静态有限元的方法分析了电机气隙磁场分布,转矩随转子位置、绕组电流的变化情况等;应用时步有限元的方法验证了电机的运行性能。4、在磁通开关电机计算、仿真结果以及有限元验证的基础上,设计制作了一台样机和相应配套的控制器。最后对样机的各项性能指标进行测试分析,验证了电机整个设计过程的正确性,以及控制器的简单、可靠、通用性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 本领域的研究现状
• 1.3 本文的研究工作
• 第二章 磁通开关电机的原理与设计
• 2.1 FSM系统的结构和工作原理
• 2.1.1 FSM系统的结构
• 2.1.2 FSM的工作原理
• 2.2 绕组电感和输出功率的计算
• 2.2.1 绕组电感的理想化和计算
• 2.2.2 输出功率的计算
• 2.3 磁通开关电机的设计
• 2.3.1 几何尺寸的计算
• 2.3.2 绕组匝数的计算
• 2.3.3 磁通开关电机的性能计算
• 2.3.4 设计样机的参数和冲片结构
• 第三章 磁通开关电机的MATLAB仿真
• 3.1 MATLAB/SIMULINK软件简介
• 3.2 磁通开关电机系统的PSB建模
• 3.2.1 MATLAB/PSB建模简介
• 3.2.2 磁通开关电机系统PSB建模
• 3.3 磁通开关电机仿真结果分析
• 第四章 磁通开关电机的时步有限元分析
• 4.1 电磁场问题的有限元求解方法
• 4.1.1 有限元方法概述
• 4.1.2 ANSOFT Maxwel2D/3D软件简介
• 4.2 磁通开关电机的Maxwell 2D建模
• 4.2.1 Maxwell 2D/3D软件的建模步骤
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.2.3 磁通开关电动机的驱动电路模型
• 4.3 磁通开关电机的有限元分析
• 4.3.1 静态模型结果及其分析
• 4.3.2 瞬态模型结果及其分析
• 第五章 电机的控制器设计及实验
• 5.1 功率电路的设计
• 5.1.1 整流电路的设计
• 5.1.2 逆变电路的设计
• 5.1.3 保护电路的设计
• 5.1.4 IGBT的驱动电路设计
• 5.1.5 功率器件的选取
• 5.2 控制电路的设计
• 5.2.1 芯片PIC18F2331简介
• 5.2.2 单片机控制电路设计
• 5.2.3 单片机主程序框图
• 5.3 样机系统试验
• 5.3.1 实验样机与测试平台
• 5.3.2 实验测试结果
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表