开关磁阻电机远程分布式监测系统研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)已在许多领域得到了应用。随着我国工业化的发展,对SRM及其调速控制系统(Switched Reluctance Motor Driver,SRD)的要求也越来越高,远程获取SRD运行状态,对其控制策略研究、可靠性评估都有重要意义。对此,本文从SRM建模,SRD运行特性分析以及电机监测系统设计与实现等方面展开了深入研究,主要内容如下:建立高精度的SRM数学模型,获得电机运行特性是研究SRM监测方案的基础。本文建立了电机磁路及有限元模型,详细对比了采用不同建模方法以及建立不同结构的电机模型得到的电机磁链特性的区别,最终得到了准确的电机电磁特性。在此基础上,本文建立了基于傅里叶级数的电机相绕组电感数学模型,改进后的建模方法具有更高的准确性,使准确分析SRD各变量运行特性成为可能。SRM监测系统需要采集的变量多,且SRM通常会在不同转速时采用不同控制方式以实现优化控制。但这些变量的幅频特性、同一变量在不同控制方式下的幅频特性差别很大,因此需要分析SRM的运行特性,以设计采集方案。本文分别建立了采用不同控制方法的SRD模型,得到了SRD母线电流、母线电压、相电流、转速及转矩的仿真波形。基于傅里叶变换对各变量进行了频谱分析,详细分析对比SRD不同变量之间以及同一变量在不同控制方式下幅频特性的区别,创新地提出了根据不同控制方法对SRD各变量进行有针对性滤波,并给出了电机变量幅频特性表,为监测方案的设计与实现奠定了基础。本文针对SRM提出了一种可以灵活改变数据传输方式的远程分布式监测系统。通过应用单片网络协议芯片,实现了不依赖下位机接入互联网以及远程异地采集多台电机数据的功能。详细对比了不同滤波器之间的差别以及滤波效果,讨论了采用数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)进行数字滤波的可能性,提出了DSP通过更换滤波数组以实现有针对性滤波的解决方案。这一方案实用性强,能有效避免采集到的电机各变量波形出现失真,保证监测系统所检测的数据真实、准确。最终,搭建了所设计的监测系统,通过对比实验验证了该系统可行性。实验证明,该系统准确性高,实时性好,实用性强,可以通过调整系统传输数据的方式降低恶劣的环境对系统的影响,使得监测系统的适用范围大大提升。
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