開關(guān)磁阻電機高性能功率變換器設(shè)計及振動抑制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對電機系統(tǒng)的性能和可靠性要求也越來越高。與傳統(tǒng)電機相比，開關(guān)磁阻電機是一種極具競爭力的電機，其轉(zhuǎn)子上無繞組，不需要永磁材料，結(jié)構(gòu)簡單、堅固，具有效率高、可靠性好、起動轉(zhuǎn)矩大、容錯性能好等優(yōu)點，是一種具有廣闊工業(yè)應(yīng)用前景的電機。有鑒于此，本文以提高開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)性能和可靠性為研究目標，對其功率變換器結(jié)構(gòu)、相電流采樣與控制、變換器故障容錯及電機振動抑制等關(guān)鍵理論和技術(shù)問題進行了深入分析和系統(tǒng)研究。
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2、研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了一種新型功能集成式開關(guān)磁阻電機功率變換器，用于插電式混合動力汽車。在傳統(tǒng)不對稱半橋變換器的基礎(chǔ)上，僅需兩個額外功率開關(guān)管和續(xù)流二極管即可將電機系統(tǒng)中的電源部分有機結(jié)合起來，實現(xiàn)多電平模式和多種供電模式運行，并可在電機靜止、電動運行和制動運行時對電池進行靈活充電。由于多電平模式的加入，有效地提升了電機的輸出轉(zhuǎn)矩和效率。變換器模塊化的結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)更加緊湊，方便制造和替換，同時也提升了功率密度。這種新型的變換器結(jié)構(gòu)同樣

3、適用于其它多相開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)。⑵提出了一種基于母線電流采樣的新型開關(guān)磁阻電機相電流重構(gòu)技術(shù)，只需要一個電流傳感器檢測母線電流，就可重構(gòu)各相電流。該方法在傳統(tǒng)不對稱半橋變換器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對電路的連接方式進行一個微小的改變，將具有相同占空比、頻率和一定相位差的雙高頻脈沖，在兩相勵磁電流的重疊區(qū)間內(nèi)，分別注入到各對應(yīng)相的下管中，同時在注入脈沖的低電平區(qū)間內(nèi)觸發(fā)母線電流的兩個A/D采樣通道，結(jié)合各相開通、關(guān)斷信息，即可重構(gòu)開通區(qū)間內(nèi)的各相電

4、流，并用于電流斬波控制。高頻脈沖與電流采樣頻率的同步確保了重構(gòu)相電流的精度。由于注入脈沖的低電平時間非常短，重構(gòu)過程不會造成電流波形的畸變。與傳統(tǒng)電機系統(tǒng)相比，該采樣方法大大減少了電流傳感器的使用數(shù)量，同時也為開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)提供了一種高可靠性的容錯運行方法。在相電流重構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文進一步提出基于母線電流采樣的無位置傳感器在線轉(zhuǎn)子位置估算方法、基于一個電流傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)以及基于母線電流采樣的故障診斷方法。⑶提出了一種基于

5、繼電器網(wǎng)絡(luò)的變換器容錯拓撲，適用于變換器的多類型故障容錯運行。該方法將單相逆變器作為故障容錯拓撲，根據(jù)不同的故障工況，通過繼電器網(wǎng)絡(luò)連接到傳統(tǒng)不對稱半橋變換器，實現(xiàn)了多種故障工況的快速診斷與容錯運行。容錯拓撲可以快速屏蔽故障電路，并充分利用變換器健康部分，降低容錯運行下的轉(zhuǎn)矩波動，保持開關(guān)磁阻電機的平衡運行。容錯拓撲具有極端故障容錯能力和良好的普遍適用性。⑷研究了不同的斜極結(jié)構(gòu)對定子軛部徑向力的影響。設(shè)計、研制了傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機、轉(zhuǎn)子斜