无轴承开关磁阻电机设计与控制系统研究

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、调试了基于三相不对称半桥和三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。