状态下微型电动汽车用开关磁阻电动机的设计与控制(完整版)实用资料.doc
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1、状态下微型电动汽车用开关磁阻电动机的设计与控制(完整版)实用资料(可以直接使用,可编辑 完整版实用资料,欢迎下载)低压大电流状态下微型电动汽车用开关磁阻电动机的设计与控制的可靠运行,一般在低速时采用电流斩波控制的运行方式,在高速时采用角度位置控制的运行方式,下面主要介绍这两种运行方式下的特点。1.电流斩波控制方式电机低速运行时,为防止因电流过大而损坏功率开关元件和电机,必须采用限流措施,如图2.3、2.4所示。由图2.3知,眈。和眈分别是触发角和关断角,其值可以固定也可以改变;L眈与k。分别是电流斩波控制的电流上下限的值,控制器在电流达到上限值时,关断主开关器件,并在电流减小到下限值时重新开通
2、主开关器件,通过改变电流上下限值来调节SRM输出转矩,同时实现速度的闭环控制。由图2.4知,此图表示的是触发角为零度、关断角为30度时,不同的电流值下,电机的输出的机械特性,由此可以看出当电机角速度固定不变时,电流值越大,其输出转矩也相应的越大;当电流值一定时,不同的角速度对输出转矩的变化影响不大。图2.3运行时磁链和电流波形/_、莛乏、-一、h204万12万20万Dl(radJ一1图2.4CCC控制下r=/(Q特性Fig.2.3Flux and current waveforms during thenmningFig.2.4T=厂(QCharacteristics under the CC
3、C control2.角度位置控制方式为了提高输出转矩,使转矩不随转速Q以平方关系下降,在外施电压不变的情况下,只有通过调整触发角与关断角来改变转矩的运行方式,即为角度位置控制方式。如图2.5所示,此图为8/6极7.5KW的SRM的转矩与触发角、关断角的14低压大电流状态下微型电动汽车用开关磁阻电动机的设计与控制这种滑动的转子结构来减少转矩脉动。弗罗里达州立大学的Fletcher Flemingt521,提出粒子群优化方法控制转矩脉动,鉴于耦合因素的考虑,通过优化相电流减小铜耗达到给定转矩,来实现减小转矩脉动的目标。此Jl-Dn拿大的Dongyun Lu提出神经网络的方法来实现转矩脉动的减小【
4、531,即采用前馈反向传播神经网络的直接逆控制,以减少在低速时的转矩脉动,其控制方式较为简单,易于实现,动作速度快。上述减小转矩脉动的方法或策略,可以概括为两个方面,一是通过改变电机结构来实现,另一个是采用不同的控制策略,改变某一或多个参数变量,进而达到减小转矩脉动的目的。3.3SRM开关角的优化和性能分析ANSOFT是基于电磁场方面的仿真分析,能对开关磁阻电动机的性能进行初步分析,虽然含有外电路模块,但就控制策略方面具有很大的局限性。若开关磁阻电动机采用非线性电路和非线性控制策略的话,难以用传统的电机理论和方法描述并计算其系统,目前分析开关磁阻电动机驱动系统主要采用准线性模型、线性模型和非线
5、性仿真方法三种。MATLAB/Simulink含有SRM模块,控制方式比较灵活,因此本章将利用MATLAB/Simulink建立开关磁阻电动机线性模型,对其控制系统进行仿真分析,以选择优化的开关角来减小在运行时的转矩脉动。3.3.1基于MATLAB的SRM驱动控制系统的建模_对开关磁阻电动机及其控制系统进行建模和仿真是验证电机性能的一种手段,是系统前期设计的有效途径之一,同时也是验证控制策略正确与否的一个重要方法。MATLAB是专门为计算机解决数学问题的一种软件,已成为目前科学计算和系统仿真普遍使用的软件工具。Simulink是MATLAB软件中的一个模块,它能够对微分方程进行求解,还可以提供
6、各种可用于控制系统仿真的模块,支持控制系统仿真,尤其还能提供各种工程中使用的电机系统、通信系统等模块集; Simulink具有十分强大的功能,可利用本身或模块集对任意复杂系统进行仿真,使用起来简单方便,它使得动态系统仿真的实现非常方便,对系统的随机因素和非线性因素的研究十分直观54-56】。SRM的驱动仿真系统如图3.3所示。由图3.3知驱动系统模型主要包括:功率变换器模块,速度PI调节模块,江苏大学硕士学位论文的变化较小。可见通过优化开通与关断角,能达到减小电机的转矩脉动目的。3.4本章小结本章首先从理论上详细分析了转矩脉动产生的原因,叙述了目前国外常用的控制转矩脉动减小的策略,并构建了开关
7、磁阻电动机驱动控制系统,对开关角度进行优化和仿真,仿真结果表明采用优化的开关角度能够减小转矩的脉动,达到预期的效果。39 低压大电流状态下微型电动汽车用开关磁阻电动机的设计与控制压的一半,因此仅适用于相数为4的整数倍的开关磁阻电动机,控制不够灵活。一般广泛应用在要求不高的调速领域中。(aH桥式功率变换器电路Fig.(aCircuit ofthe H bddge power convener(b具有(n+1开关器件功率变换电路Fig.(bCircuit ofthe power converter with(n+1switching devices(C不对称半桥型功率变换电路Fig.(cCircu
8、it ofasymmetrical half-bfidge power converter图4.2功率变换器拓扑结构Fig.4.2Topology of power converter图4.2(b为(n+1型功率变换器,这种拓扑结构的特点是一个开关为各相所公用,对于,z相绕组开关磁阻调速系统,该类型的功率变换器需要(玎+1个开关42題目:電暈舞磁(電音舞池)簡易電動機製作 校名:小港國中 指導老師:黃緯虹、王章霞一、 旨趣:利用隨手可得的簡單材料,製作小小馬達,進而探究電磁場效應。二、 實驗器材:乾電池1、強力磁鐵1、漆包線、迴紋針2、電布1、美工刀或細砂紙、剪刀三、 活動過程與原理:1.先預
9、留約七公分的線然後在POP筆上滾七圈. 取出POP筆(不再需要它了,功成身退!) 在另一端也保留約七公分線長。將兩多出的線在圓周內纏繞然後如下圖各伸出一端。 注意: 讓整個系統對稱,屆時才會平衡的轉動。在線頭與圓圈接出點或許可滴些強力膠水固定住。2.將一端的線用細沙紙完全磨去外皮的漆。另一邊則平放桌上後只磨去半邊,如下圖. 請注意:本圖是單根漆包線橫截面的圖,並非圖一中的同一圓,附加問題:為何另一邊只刮去半邊呢?從設計原理 想一想吧!3.將兩根迴紋針都折成如下形狀: 4.用電布將迴紋針固定在電池上:5.將磁鐵放在電池旁(會自動吸住): 6.將前面繞好的線圈放在迴紋針的架上,或許需要輕推一下線圈
10、,然後線圈應該會很快轉動起來。若是轉不起來,請確定漆包線尾端是否刮乾淨了!若是轉的不順暢,請調整線圈的對稱且平放於座上。7.線圈兩尾端可如下圖稍微折一下。若是想展示可再加個底座。右圖是 電動馬達 完成圖:四、 原理探討: 利用電磁鐵(小s與變性小n)產生的磁力,與場磁鐵產生相吸或相斥的力量使電樞轉動。轉動的快慢與電磁鐵磁力(與漆包線圈數、電池個數或電量有關)、場磁鐵強度有關。階段一、當電流流經線圈(未絕緣部份導電)時,電流與磁場間的作用使線圈轉動。階段二、當轉至絕緣部份電流不導通但是慣性使得線圈繼續轉動。當繞一整圈後又導通了,如此循環。延伸問題:1. 如何讓馬達在任一放置情況下均會轉動,與如何
11、刮去絕緣部份有關嗎?2. 改變線圈的形狀,比較其效率,圓形,橢圓形,方形.3. 改變圈數有何影響呢?七圈因為七是幸運數字嗎?圈數與轉速有關嗎?4. 你能讓馬達持續轉多久而不跳出?5. 用手去觸摸線圈,感覺一下磁力的方向,改變線圈位置感覺如何? 6. 挑戰題:如何測量馬達的轉速呢?這樣的馬達能做什麼用呢?太原理工大学硕士学位论文开关磁阻电动机调速系统仿真分析与设计研究姓名:李书杰申请学位级别:硕士专业:指导教师:卜庆华20210517开关磁阻电动机调速系统仿真分析与设计研究摘 要开关磁阻电动机调速系统(简称 SRD ,Switched Reluctance MotorDrive )是继直流调速、
12、交流变频调速之后,于上世纪 80 年代中期发展起来的一种开关磁阻电动机与电力电子技术、微电子技术、控制技术于一体的新型调速系统。兼有直流调速、交流调速的优点,以其宽广的调速范围、良好的机械特性、高效节能、卓越的起动和制动性能等优点成为传动领域的热门。本论文基于山西防爆电机(集团)承担的“十一五”国家科技支撑计划课题“矿用电机系统节能技术研究”中子课题“矿用隔爆开关磁阻电动机 SRD 技术研究”(项目编号:2021BAF34B00)对开关磁阻电动机调速系统进行研究。本文在基于研究开关磁阻电动机调速系统的意义的基础上,介绍了其发展状况、基本组成、性能特点及过去和现阶段研究热点。在了解上述内容的前提
13、下,介绍了本文的研究内容。在本文的第二部分介绍了开关磁阻电动机及其调速系统的基本结构和工作原理;在数学模型介绍中分别叙述了三种数学模型的优缺点,并对线性化模型做了较详细的分析。通过对开关磁阻电动机调速系统的电流斩波控制方式(CCC )、角度位置控制方式(APC )、电压 PWM 控制方式、组合控制方式的介绍,对比上述几种控制方式的特点,提出本文的控制方式:低速电流斩波控制、高速角度位置控制相结合的组合控制方式,采用电流内环和 PI 调制的速度外环双闭环的控制策略。在上述控制方式和控制策略提出的基础上,在 matlab/simulink 仿真环境下、采用模块化的思想建立了开关磁阻电动机调速系统的
14、仿真模型,并进行了仿真实验,从仿真曲线验证了理论的电流斩波和角度位置控制方式下电流、电压波形。在 硬 件 设 计 部 分 , 介 绍 了 TI 公 司 的 电 机 专 用 控 制 芯 片TMS320LF2407 的功能特点,以其为控制单元设计系统的硬件电路。通过对各种功率电路的比较分析以及 SRD 系统应用方面的发展,确定本系统的功率电路采用不对称半桥型功率电路,选择了主开关器件。并设计了位置信号检测电路、倍频电路、速度检测电路、电流检测电路和输入与显示电路。在软件设计部分,为了便于软件的调试、修改和发展亦采用了模块化的编程思想,增强了程序的通用性和可读性。最后,在实验系统调试部分,做了开关磁
15、阻电动机在不同转速下的驱动信号和电流调试。并对本文做了总结,提出本系统存在的问题和今后发展的方向。关键词:开关磁阻电动机,开关磁阻电动机调速系统,电流斩波控制,角度位置控制,功率变换电路The Simulation and Designof Switched Reluctance Motor DrivesABSTRACTSwitched Reluctance Motor Drives (SRD is a new type speed regulationsystem developed in last century, followed direct current motor drive a
16、ndasynchronism motor frequency conversion drive, which combines powerelectronicstechnology ,microelectronics technology, moderncontroltechnique. SRD has both advantages of direct current motor drive andasynchronism motor frequency conversion drive. Because of the advantagesof vast speed regulating r
17、ange, good mechanical properties excellent startingand braking performance and high efficient, it has become one of the mostpopular topics in the current fields of electric drive.This thesis carried outstudy of Switched Relucance Motor Drives system, based on “ The study onmining flameproof switched
18、 reluctance motor drives”, one part of “ Energyconservation technology of mining motor” (Serial number: 2021BAF34B00.Which is supported by National Technology R&D program during the 11thFive-Year plan, taken by ShanXi Explosion-proof motor(GroupCO.,LTD.In this paper, the development of Switched Relu
19、ctance MotorDrive(SRD, the basic structure and characteristic of SRD are introduced.Followed up, what study is provided in this paper. The second section,Switched Reluctance Motor, basic structure of SRD and working principle areintroduced. The linear mathematical model of SRD is established, follow
20、edthe three mathematical model of SRD was introduced. Analyzed the controlmethods of CCC, APC , Voltage Pwm control on SRM, and choosing two kindof control methods fit for the system: low speed chopped current wave controland high speed Angular Position Control. As control strategy, we put forwardth
21、e control strategy of speed-current double loop. The current loop as theinside loop, the speed loop as the out loop in PI control strategy. Follow thecontrol method and strategy, made the mathematical model of SRD usedindependent blocks under matlab/simulink, and simulation. The current andvoltage w
22、aveform has been tested by the waveform of simulation.In the hardware section, the characteristic of TMS320LF2407(DSP formotor control, made in TI CO, as the main control-core for hardware design.Kinds of power converter circuit of SRD and their advantages/disadvantagesare discussed and compared in
23、this thesis, think about the development ofSRD. Asymmetric Bridge converter as the system converter, power transistoris selected. At the same time, the circuit of current detection, voltage detection,speed detection, doubling frequency, interface/display are designed. Insoftware section, the modular
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