刘芳芳[1]2016年在《宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机的基础研究》文中研究指明开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)由于其简单坚固,以及在恶劣环境下良好的运行特性,引起了学术界和行业界的高度关注。无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor,BSRM)是在SRM基础上结合无轴承技术研制所得,不仅继承了SRM的高转速特性,并且结构简单、维护便捷、造价低廉,在航空航天、军事、民用等领域具有广泛的应用价值。针对传统12/8极无轴承开关磁阻电机转矩和悬浮力强耦合的特性,本文提出了一种宽转子齿结构12/8极双绕组无轴承开关磁阻电机。该电机可以从结构上实现转矩和悬浮力的解耦,从而简化控制系统。本文首先介绍宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机的结构特点和悬浮运行原理;推导了宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机的悬浮力表达式;并在此基础上,基于Ansys有限元仿真软件,对宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机的电感、转矩和悬浮力特性进行分析。其次,针对无轴承开关磁阻电机在实际运行中转矩脉动较大的问题,运用虚位移法推导出数学模型,分析转子极弧大小对转矩脉动的影响。随后从控制策略角度入手,研究不同控制策略对无轴承开关磁阻电机转矩脉动的影响,从而证明宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机采用独立控制策略有利于减小其转矩脉动。最后,将广泛运用于交流电机中的直接转矩控制思想借鉴至宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机中,设计了合适的基础电压控制矢量和参数开关表,系统仿真表明:直接转矩控制可有效减小宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机的转矩脉动。
李鹏[2]2017年在《利于减振的无轴承开关磁阻电机结构形式的基础研究》文中研究说明无轴承开关磁阻电机(BSRM)是一种新型调速电机,不仅结构简单、坚固耐用、易于机械化制造,并且冷却简单方便,对高温、高辐射等恶劣环境有较强的适应性。但其脉冲式的供电方式,使电机换相瞬间定子极上的径向力会发生跳变,这种径向力突变会引起冲击振动,因此无轴承开关磁阻电机存在电磁振动和噪声问题。为了抑制无轴承开关磁阻电机振动和噪声,本文对比分析了叁种不同结构无轴承开关磁阻电机的振动特性,针对无轴承开关磁阻电机振动问题做了以下研究工作:首先,分别介绍了叁种不同结构无轴承开关磁阻电机结构特点和悬浮运行原理,并结合电磁分析验证其悬浮原理的正确性,并分析出电机不同转子位置所受转矩和悬浮力的情况,为控制策略的提出奠定了理论基础。在考虑转子偏心位移的情况下,利用虚位移法分别对叁种不同结构电机的数学模型进行推导,针对宽转子结构无轴承开关磁阻电机悬浮区存在电感平顶区的问题,单独推导了悬浮力表达式,为无轴承开关磁阻电机的研究提供了理论依据。其次,分析了定子振动特性,结合振动模式的数学模型,以有限元仿真软件ANSYS为工具,分别对叁种不同结构无轴承开关磁阻电机进行模态分析,求解出常见的定子振型及对应的固有频率。模态分析是一种去耦的振动分析方式,可以将某些特定的振动模式单独分离出来单独进行分析,为之后系统振动仿真模型奠定了基础。然后,由于宽转子结构无轴承开关磁阻电机电感曲线存在平顶区,该区域恰好在整个悬浮区不产生转矩,从而转矩和悬浮力可以实现解耦控制,使控制方法更加灵活。以传统无轴承开关磁阻电机和宽转子结构无轴承开关磁阻电机为研究对象,搭建系统仿真模型,对比分析了两种电机在主绕组方波控制策略下定子所受径向磁拉力作用下激发的振动响应。最后,对比分析了传统无轴承开关磁阻电机和混合定子齿无轴承开关磁阻电机两种电机的结构特点和运行原理,并且对各自径向力的特点进行了对比分析。利用Matlab/Simulink模块,结合相应的控制策略搭建两种不同结构无轴承开关磁阻电机系统振动仿真模型,求解定子极受到径向磁拉力作用激发的振动响应,通过仿真对比分析了两种结构无轴承开关磁阻电机的振动特性。
叶霜[3]2003年在《无轴承开关磁阻电机的基础研究》文中研究说明无轴承电机是适应高速和超高速驱动场合的新型电机，最早在同步电机上实现，其后无轴承异步机也得到长足的发展。近几年，无轴承技术被运用到开关磁阻电机上，不仅摆脱了机械轴承对开关磁阻电机转速的限制，也因为其对转子径向位置的控制有望降低电机运行过程中产生的振动和噪声。 本文介绍了无轴承开关磁阻电机的概况、数学模型的推导过程，讨论了以主绕组方波电流幅值及其超前角度的优化为核心的控制策略，分析了无轴承开关磁阻电机所能产生的径向力和转矩之间的关系。 其次，介绍了实现这一控制所采取的方案，包括硬件部分和软件部分。硬件部分介绍了电机本体的设计和以TMS320LF2407A为核心的数字控制系统的硬件组成。软件部分阐述了软件流程，就主绕组方波电流幅值和超前角度优化值表格的求取在实际运作中遇到的问题进行了深入的讨论。最后给出了部分实验波形。
范冬[4]2007年在《无轴承开关磁阻电机设计与控制系统研究》文中研究说明开关磁阻电机结构简单、运行效率高、容错能力强,具有良好的高温和高速适应性,有着极其广泛的应用前景。将无轴承技术应用于开关磁阻电机中可充分发挥其高速适应性,且利用对转子的径向控制改善了因不对称磁拉力引起的振动和噪声等问题。本文系统研究了无轴承开关磁阻电机系统的基本工作原理和控制策略。首先对空载控制策略特性进行了分析;在负载情况下,针对其径向悬浮力与电磁转矩的特点,引入了基于平均转矩-径向悬浮力的负载控制策略,并详细推导、分析了该负载控制策略下的数学模型。对无轴承开关磁阻电机本体进行了电磁设计,分析了电磁参数设计原则,给出了电机设计流程,并对转子进行了结构优化。利用有限元软件,建立了电机有限元模型,对径向悬浮力、转矩、电感及磁链特性进行了分析,仿真结构与理论计算值和样机实测值进行了比较,验证了样机的电感特性。对无轴承开关磁阻电机的控制系统进行了分析,包括功率电路、数字控制硬件电路、数字控制系统软件。参与制作、调试了基于叁相不对称半桥和叁相四桥臂的主绕组和悬浮绕组功率电路拓扑结构,分析、调试了基于TMS320F2812的DSP和MAXⅡEPM1270的CPLD数字控制系统。根据上述系统设计,通过对无轴承开关磁阻电机实验平台的综合调试,实现了不同转速条件下的基于固定开关角的空载控制策略和平均转矩-径向悬浮力的改变超前角的负载控制策略的动态稳定悬浮性能实验。
郝玉伟[5]2015年在《无轴承开关磁阻电机及其定子振动分析》文中研究表明无轴承开关磁阻电机集传统磁轴承和普通开关磁阻电机为一体,兼具旋转和悬浮功能。同时结合了磁轴承无摩擦、无接触、寿命长等优点和开关磁阻电机结构简单、高速性能好的特点,因此,无轴承开关磁阻电机在诸如高速机床、飞轮储能、航空航天等领域有着广泛的应用前景。但是无轴承开关磁阻电机作为一种特殊的开关磁阻电机,同样面临电磁振动和噪声的问题。本文以12/8极无轴承开关磁阻电机为研究对象,从转子几何偏心特性、定子模态、偏心径向力、数学建模、减振等几个方面着重进行了分析。首先,前人的研究已经指出开关磁阻电机振动主要是由于无轴承开关磁阻电机的转子偏离几何中心使得定子所受单边磁拉力而导致的。电机定子长期受到单边磁拉力会发生形变,引起振动噪声,因此转子偏心不能忽略,故本文根据文献[81]推导了考虑转子偏心位移的径向力数学模型,并通过有限元验证了模型的准确性,弥补了现有数学模型的缺陷。其次,由于在不平衡磁拉力作用下发生变形的定子,将进一步导致气隙不均匀,从而引起更大的振动和噪声,因此研究定子变形与受力的关系尤为重要。本文分析比较了在不同的静态力作用下,定子变形随所受径向力大小的变化关系；比较了在相同径向力作用下,不同轭厚的定子的变形情况;比较了在相同径向力作用下,四种不同形状的定子齿极的变形的最大和最小值。当定子所受径向力谐波频率与定子的固有频率相同时,振动噪声尤为明显,故本文对12/8极无轴承开关磁阻电机定子进行了模态分析,求解出振动频率和相应的振动模型,为后面研究转子偏心时,定子所受磁拉力打下了基础。再次,为找出与定子固有频率相一致的径向力谐波频率,本文建立了12/8极无轴承开关磁阻电机和12/8极开关磁阻电机转子不同偏心程度的模型,并在转子各个偏心程度下,对这两种电机进行了有限元仿真分析,对电磁场和定子所受径向力进行了比较；进而对该径向力进行了傅里叶分析,比较了两种电机各次谐波幅值。接着,本文提出了一种共悬浮绕组连接方式,并用有限元对提出的该悬浮绕组连接方式与传统绕组连接方式下运行的12/8极无轴承开关磁阻电机定子所受径向力和电磁转矩进行了比较,证明了本文提出的共悬浮绕组连接方式比传统的悬浮绕组连接方式的转矩脉动小,有利于减小电机振动噪声。最后,基于上述推导的考虑转子偏心的径向悬浮力数学模型,在MATLAB里搭建了12/8极无轴承开关磁阻电机动态仿真系统,基本实现了电机径向悬浮
邓旭[6]2013年在《无轴承开关磁阻电机缺相运行的控制方法研究》文中进行了进一步梳理开关磁阻电机（SRM）由于其简单的双凸极结构，灵活的控制方法和良好的缺相运行特性，引起了学术界和工业界的广泛关注。将无轴承技术与开关磁阻电机相集成的无轴承开关磁阻电机（BSRM），不仅继承了开关磁阻电机结构简单、容错能力强等优点，更避免了普通机械轴承带来的振动、噪声、磨损等问题，可充分提高开关磁阻电机的高速适应性。本文以12/8结构的双绕组无轴承开关磁阻电机为研究对象，针对双绕组无轴承开关磁阻电机实际运行中可能出现的缺相问题，从径向力补偿和转矩补偿的角度研究了其缺相运行中的多种控制策略，实现了双绕组无轴承开关磁阻电机的缺相运行。首先，简要介绍了无轴承开关磁阻电机的悬浮原理，总结分析了现有数学模型的推导思路和适用特点，选择介绍了传统主绕组方波控制策略，为缺相运行控制策略的研究提供了依据。此后，基于开关磁阻电机固有的容错性能，研究无轴承开关磁阻电机在缺相运行时的转矩、悬浮力协调控制方法。首先，通过延长导通相开通区间，保证了无轴承电机在缺相运行时悬浮力产生的连续性。然后，建立无轴承开关磁阻电机在缺相运行时的数学模型，分析其转矩分布特性，研究缺相运行时的转矩补偿方法。同时，为减小由于悬浮力补偿而产生的负转矩，提出了负转矩区主、悬浮绕组电流的优化控制方法。最后，采用有限元法仿真验证了缺相控制策略的可行性，并选取了缺相控制所需参数，并通过实验证实了缺相控制策略良好的控制性能。
周京星[7]2017年在《无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的解耦控制研究》文中研究说明开关磁阻电机(SRM)为双凸极结构,其转子无绕组和永磁体,具有结构简单、坚固的优点,并且在恶劣工况下具有良好运行特性。将磁悬浮技术中的无轴承技术引入SRM中,可充分发挥SRM的高速适应性。而无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于转矩与悬浮力存在耦合,电流控制算法较为复杂,且应对负载突变的性能较差。针对这一问题,本文主要从电机结构和控制策略两方面研究了BSRM转矩与悬浮力解耦控制的方法。首先,通过对电机本体结构设计,研究了一种能实现转矩与悬浮力自然解耦的12/4极单绕组无轴承开关磁阻电机(SWBSRM)。主要阐述其工作原理和控制策略以及数学模型,并通过ANSOFT建模仿真验证其数学模型正确性和解耦特性的有效性,通过MATLAB/SIMULINK建模仿真验证该结构控制上的可行性。针对12/4极SWBSRM在转矩相给定电流和悬浮相给定电流不一致时悬浮力缺失的问题,研究了一种12/4极双绕组无轴承开关磁阻电机(DWBSRM)的结构。该结构在保留12/4极SWBSRM自然解耦特性的基础上,还具有控制灵活,控制器成本低的优势。仿真验证了该结构所具有的优越性能。其次,研究了直接瞬时转矩与直接悬浮力控制策略(DITC&DFC)。阐述其基本原理和工作方法。该方法通过直接将转矩与悬浮力作为被控量,从控制上实现了BSRM转矩与悬浮力的解耦,并能有效抑制转矩脉动和悬浮力波动,简化电流算法。仿真和实验验证该控制策略解耦特性的有效性。最后,为提高BSRM可靠性,基于12/8极SWBSRM的DTC&DFC方法,通过分析绕组短路故障的影响,建立了补偿原则和重构了电压矢量,实现了绕组短路故障下的容错控制。实验验证了该故障容错控制策略的有效性。
张计涛[8]2012年在《无轴承开关磁阻电机及其控制研究》文中研究说明无轴承开关磁阻电机(BSRM)集无轴承技术与开关磁阻调速技术于一体,既保留了传统开关磁阻电机的优点,又避免了机械轴承的缺点,尤其适合于高速应用场合。目前,无轴承开关磁阻电机是国内外学者研究的前沿热点课题,本课题开展对其控制策略的研究,可以为该项技术的发展和完善做一些基础性工作。同时,也可以为从事相关课题研究的学者和本课题组正在进行的无轴承开关磁阻电机相关理论研究提供一定的参考。本课题为国家自然科学基金青年基金项目(编号：50907003),本文首先对无轴承开关磁阻电机的发展现状进行了介绍,之后在给出无轴承SRM结构的基础上,较为详细地阐述了其径向悬浮原理,并结合前人研究成果给出了数学模型,为其后的有限元分析和控制系统设计提供了理论指导。然后,利用Ansoft仿真软件建立了无轴承SRM的有限元模型,基于得出的大量仿真数据,对电机径向力和电磁转矩受相关参数的影响情况进行了深入的分析。同时,本文还探讨了电机磁路饱和和转子偏心时,径向力和电磁转矩的静态特性。随后,根据课题需要完成了无轴承SRM样机的改造工作,设计了控制平台,并完成了其各个模块电路的制作和调试工作。其中,硬件部分主要包括主绕组功率电路及其驱动和电源电路、副绕组功率电路及其驱动电路、DSP最小系统电路、转子位置检测及其逻辑处理电路、转子径向位移及其信号调理电路、电流检测及其信号调理电路、母线电压检测及其调理电路和各种保护电路等；软件部分主要包括旋转部分基本控制程序的设计和悬浮部分方波控制策略的研究。最后,利用设计的控制平台对电机进行了初步的试验,主要包括初步的旋转试验及对其间转子径向振动情况的观察、电机悬浮系统的静态试验,并结合理论尝试对得到的试验数据进行了分析。经过试验,首先验证了本系统样机的改造是成功的,同时本控制系统的设计方案与思路,和试验对电机径向力与电磁转矩特性规律的探究工作,也为无轴承开关磁阻电机更深一步的研究工作奠定了基础。
王喜莲[9]2013年在《共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机的基础研究》文中认为摘要：无轴承开关磁阻电机(BSRM)兼具了磁轴承与开关磁阻电机(SRM)的特点,不但可避免传统机械轴承的缺点,还充分利用了开关磁阻电机自身的优点,因其在高速领域的应用价值得到了各国学者广泛的研究。传统结构双绕组BSRM悬浮绕组数量多,而且电机运行中,悬浮绕组要随主绕组的切换在各相间不断切换,增加了功率电路中开关器件的个数及控制的复杂性。本文提出一种新型的共悬浮绕组式BSRM绕组结构,不论几相电机,均只需要2套悬浮绕组实现径向悬浮控制。而且,电机在整个运行过程中,不需要切换悬浮绕组,功率器件个数减少为原来的叁分之一,降低了系统成本和控制复杂性。首先,对提出的共悬浮绕组式BSRM的电磁特性进行了有限元计算,分析了其悬浮性能及悬浮绕组电流对旋转转矩的影响,以及磁饱和对悬浮性能及旋转转矩的影响等,证明了共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机在饱和情况下依然悬浮可控；与双绕组结构BSRM进行了对比分析,验证了其在悬浮与旋转方面具有同样的特性。其次,建立了共悬浮绕组式BSRM的等效磁路模型,求取了主绕组与悬浮绕组的自感及互感表达式；提出以定子极机械位置为参考考虑转子径向偏移对定转子极间气隙变化的影响,推导了定转子极间气隙长度与转子径向偏移位置、定子极位置的数学关系；采用直线磁路结合边缘椭圆形磁路的方法求取了气隙磁导；进一步推导出了径向力、静态转矩与绕组电流及转子旋转位置角之间的数学关系。与有限元仿真结果进行比较,验证了径向力及转矩数学模型的准确性。考虑转子偏心位移对定转子极间气隙磁导的影响,提出通过近似分析法求得绕组电感,从而建立了考虑转子偏心位移影响的共悬浮绕组式BSRM径向力解析模型,得到绕组电流、转子旋转位置、转子径向偏移位置与转子所受径向力的数学关系。该数学模型的计算结果与有限元仿真结果的一致性证实了该解析模型的正确性。然后,针对共悬浮绕组式BSRM径向悬浮力系统的严重非线性,提出了基于逆系统方法的径向力非线性控制方法,依据动态性能要求调节控制参数,实现了径向力控制的动态线性化,对不同动态性能指标下精确的转子径向位移控制进行仿真,验证了控制方案的有效性。最后,搭建了共悬浮绕组式BSRM实验平台,对该电机进行了悬浮旋转试验,证明了共悬浮绕组式BSRM的悬浮可控及优良性能,为其进一步深入研究奠定了基础。
钱婷[10]2014年在《双绕组无轴承开关磁阻电机短路故障容错运行控制的基础研究》文中研究说明双绕组无轴承开关磁阻电机（BSRM）集开关磁阻电机与无轴承技术的优点于一体，具备控制灵活、结构简单、高集成度、可容错及高速适应性的优点，在航空航天等领域具备很好的应用前景。为了提高无轴承开关磁阻电机的可靠性，本文主要研究双绕组无轴承开关磁阻电动机绕组短路故障的容错控制技术，主要工作如下：首先，根据无轴承开关磁阻电机的结构特点和磁场分布特性，对短路电流进行数学建模，并通过有限元仿真及短路实验对短路电流模型进行验证。以此为基础，建立电机短路故障容错数学模型，并通过有限元仿真验证模型的正确性。其次，通过有限元仿真分析短路故障对电机运行特性的影响，并基于容错数学模型提出延长导通正常相的控制策略,以补偿由于短路故障引起的悬浮力缺失；针对转矩优化问题，提出增大正转矩及减少负转矩的控制策略，并通过动态建模仿真及有限元仿真对所提控制策略进行分析和验证。最后，在以DSP2812为核心的控制系统平台上，进行了短路故障运行状态下的实验研究，实现了电机在短路故障下的稳定悬浮运行，证明了相关理论的正确性。
参考文献：
[1]. 宽转子齿结构无轴承开关磁阻电机的基础研究[D]. 刘芳芳. 南京邮电大学. 2016
[2]. 利于减振的无轴承开关磁阻电机结构形式的基础研究[D]. 李鹏. 南京邮电大学. 2017
[3]. 无轴承开关磁阻电机的基础研究[D]. 叶霜. 南京航空航天大学. 2003
[4]. 无轴承开关磁阻电机设计与控制系统研究[D]. 范冬. 南京航空航天大学. 2007
[5]. 无轴承开关磁阻电机及其定子振动分析[D]. 郝玉伟. 北京交通大学. 2015
[6]. 无轴承开关磁阻电机缺相运行的控制方法研究[D]. 邓旭. 南京航空航天大学. 2013
[7]. 无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的解耦控制研究[D]. 周京星. 南京航空航天大学. 2017
[8]. 无轴承开关磁阻电机及其控制研究[D]. 张计涛. 北京交通大学. 2012
[9]. 共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机的基础研究[D]. 王喜莲. 北京交通大学. 2013
[10]. 双绕组无轴承开关磁阻电机短路故障容错运行控制的基础研究[D]. 钱婷. 南京航空航天大学. 2014
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