开关磁阻电动机及其控制器的设计

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开关磁阻电动机作为一种新型的调速电机,其结构简单、坚固,工作可靠、高效,由其构成的开关磁阻电动机调速系统兼有传统交直流调速系统的优点,所以开关磁阻电动机能够在交流调速领域异军突起,迅速成为了现代电气传动领域的热门课题之一。虽然开关磁阻电动机优点突出,但其缺点也同样明显,开关磁阻电动机特殊的双凸极结构、磁链和电流的非线性、功率变换电路的开关性导致它的振动和噪声问题相对比较严重,这也限制了开关磁阻电动机的应用范围。因此开展开关磁阻电动机驱动系统的研究是十分必要的。本文的目标是设计一套额定功率550W,额定电压36V的三相12/8极开关磁阻电动机驱动系统。本文首先介绍了开关磁阻电动机的基本理论,包括电动机的发展方向、基本构造、运行原理以及数学模型等,分析了电动机各个参数对电动机性能的影响。参照同容量的异步电动机,确定开关磁阻电动机的外观尺寸,计算出电动机的各个主要参数,将这些参数输入电机设计软件Speed2009,对电动机进行仿真,分析电动机性能并进行参数优化。然后根据三相12/8极开关磁阻电动机驱动系统控制要求,从适用性和经济性的角度考虑,选用TMS320F2806DSP作为控制芯片,设计DSP控制电路。扩展出电机控制需要的PWM、QEP等接口,以及显示器和键盘,要求能够通过串口将电机的运行状况输入Lab VIEW上位机进行显示。本文还从控制策略的角度出发,研究了如何抑制开关磁阻电动机的振动和噪声。在Matlab/Simulink环境中搭建基于电流分配法的开关磁阻电动机速度电流双闭环调速系统的仿真,在电流环引入了随机载波PWM,进行电压谐波频谱展开,将某个频率上的谐波分量随机地分摊到整个频率谱上,从而达到减小振动和噪声的目的。最后,本文设计了三相12/8极开关磁阻电动机驱动系统的软件部分,包括Lab VIEW上位机和DSP下位机部分。并对该系统进行了多项实验,证明了本文开发的开关磁阻电动机驱动系统的正确性以及有效性。本文从电机本体设计和控制策略两个方面研究了如何提升开关磁阻电动机驱动系统的性能,为开关磁阻电动机的进一步推广应用打下良好的基础。
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