考虑磁饱和的同步磁阻电机矢量控制系统研究

摘要

同步磁阻电机(Synchronous Reluctance Motor)是最古老的电机类型之一，特殊的转子结构使其具有制造成本低、耐高温、低损耗、易扩速、转矩脉动小等诸多优点，因此具有很好的应用前景。但是早期的同步磁阻电机由于无法直接启动，因而没有得到广泛的应用。随着电力电子技术的发展，功率开关管构成的逆变器可以解决电机难启动等问题，因此越来越多的学者重新开始研究同步磁阻电机。然而，同步磁阻电机在实际运行中，受主磁路饱和与交叉饱和的影响，直轴电感Ld和交轴电感Lq并非定值，严重影响SynRM的暂态响应和高性能控制。 本文为了解决磁饱和对SynRM矢量控制的影响，从电机基本工作原理、磁饱和模型建立、最大转矩电流比控制、硬件实验平台等方面进行研究，具体内容如下： 首先分析了SynRM的基本结构和工作原理。推导了磁阻转矩的一般表达式。分别在定子abc三相静止坐标系和转子dq旋转坐标系下，分析了同步磁阻电机的电磁关系，列写了理想数学模型。最后详细介绍了同步磁阻电机矢量控制原理和几种传统的控制策略，并对其优缺点进行分析对比。 然后介绍了磁路饱和对SynRM参数的影响，并对磁路饱和现象进行分析，提出了基于等效励磁电流来建立磁饱和模型的方法，该等效励磁电流考虑了主磁路饱和与交叉饱和。在磁路饱和模型的基础上，推导出磁饱和下SynRM的最佳转矩角，并在Matlab/Simulink环境中搭建了同步磁阻电机理想模型与磁饱和模型的矢量控制系统，并对最大转矩电流比控制进行了仿真研究。 最后搭建了硬件控制系统实验平台，对本文所提出的基于等效励磁电流所建立的磁饱和模型及其最大转矩电流比控制进行验证。实验数据和仿真结果表明所搭建磁饱和模型能够真实反映电机的运行情况，所提出的最大转矩电流比控制方法能够可以达到单位电流内出力最大的效果。

目录

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第一章 绪论

1.1交流调速发展概述

1.2论文背景及研究意义

1.3同步磁阻电机研究现状

1.4本文研究的主要内容及各章节安排

第二章 同步磁阻电机工作原理及线性模型

2.1同步磁阻电机结构和特点

2.1.2转子结构

2.2同步磁阻电机工作原理

2.2.2磁阻电机转矩的推导

2.3同步磁阻电机线性数学模型

2.3.1三相静止坐标系下的同步磁阻电机数学模型

2.3.2坐标变换

2.3.3同步磁阻电机在dq坐标系下的数学模型

2.4同步磁阻电机控制策略

2.5本章小结

第三章考虑磁饱和的SynRM模型及MTPA控制策略

3.1磁饱和对电机参数的影响

3.2考虑磁饱和的SynRM非线性数学模型

3.3考虑磁饱和的同步磁阻电机最大转矩电流比控制

3.4本章小结

第四章 考虑磁饱和SynRM矢量控制系统仿真研究

4.1磁饱和SynRM矢量控制系统仿真模型的建立

4.2同步磁阻电机最大转矩电流比控制系统仿真与分析

4.2.1磁饱和模型与线性模型的仿真与分析

4.2.2 磁饱和同步磁阻电机模型最大转矩电流比仿真与分析

4.3本章小结

第五章 SynRM控制系统平台设计及实验验证

5.1控制系统硬件平台构成

5.1.1 DSP最小系统模块

5.1.2模拟信号采样电路

5.1.3逆变模块

5.1.4过压欠压保护模块

5.2实验验证与分析

5.2.1考虑磁饱和模型的验证

5.2.2同步磁阻电机最大转矩电流比控制的验证

5.3本章小结

第六章 总结与工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所获得的相关科研成果