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本文针对开关磁阻(SR)电机的转矩脉动和噪音问题,从SR电机设计、功率变换器的优化设计与SR电机整个系统的控制策略三个方面展开研究。达到使SR电机控制系统转矩脉动最小化和降低噪音的目的。在SR电机设计方面,本文提出了一种SR电机一体化综合设计方法,并设计了一种新型SR电机转子结构,以降低SR电机转矩脉动和噪声。该种结构在高速运行时噪音小,发热少,工作效率较目前普遍采用的转子结构形式的SR电机明显提高。
由于功率变换器开关频繁通断引起较高电磁干扰,进而引起SR电机电磁噪声较大、较高的开关损耗和转矩脉动,针对硬件开关功率变换电路,本文采用了上下桥臂开关管轮流单极性PWM调制方式的软开关控制策略,实现了SR电机真正意义上的软启动并减小了开关损耗。为减小定子绕组的开通与关断而造成的转矩脉动,平滑电机运行时的电流波形,对SR电机不对称半桥功率变换器的结构进行了改进,并对所提出的改进的功率变换器结构进行了分析和设计。提出的这种能够减小SR电机转矩脉动的功率变换器结构,从而保证了SR电机运行时噪音低、转矩脉动小、运行可靠。
针对SR电机模型不精确和转矩脉动的特点,本文用模糊逻辑方法对SR电机进行在线自适应预估,并提出了一种能够减小SR电机转矩脉动的控制技术——基于模糊逻辑自适应控制的SR电机转矩控制策略。外环系统为转速比例一积分(PI)控制环;内环系统为基于瞬时合成转矩的直接转矩模糊自适应控制环。并依据由合成转矩获得的电流指令,对每相绕组的电流和控制角进行优化控制,保证合成转矩恒定和电机效率最高,从而实现转矩平滑控制。
空、负载实验测试证明了模糊逻辑自适应控制的SR电机直接转矩控制系统是有效的和可行的,达到了减小转矩脉动的目的。噪声实验表明,所设计的SR电机系统比异步电机的噪声低4分贝左右,较原来的SR电机系统负载时的噪声下降很多。依本文设计的SR电机调速系统成功应用于油田领域的抽油机上,且转矩脉动小、节能效果显著、效率高、功率因数高,实现了抽油机真正意义的软启动,对电网冲击小。