低转矩脉动的单相开关磁阻电机设计与控制

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1、分类号密级低转矩脉动的单相开关磁阻电机设计与控制研究生姓名：张辉指导教师姓名、职称：瞿遂春教授学科专业：电气工程研究方向：电力传动技术及其故障诊断湖南工业大学二〇一五年六月十五日低转矩脉动的单相开关磁阻电机设计与控制Designandcontroloflowtorquerippleofsingle-phaseSwitchedReluctanceMotor研究姓名;辉指导教师姓名、职称：瞿遂春教授学科专业：电气工程研究方向：电力传动技术及其故障诊断论文答辩日期答辩委员会主席知W湖南工业大学：•—五年四月六曰湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，

2、独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文屮以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名FI期:年（月K湖南工业大学论文版权使用授权书木人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被査阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南锴有关部门规定送交学位论文C作者签名：导师签名:••口期:‘月/&H摘要开关磁阻电机(SR电机)及其驱动系统能满足宽广

3、的运行速度和全象限运行要求，具有良好的机械特性和强大的容错能力。然而，较大的转矩脉动是SR电机的固有缺陷，制约着它的发展。本文设计一种控制相对简单、性价比较高的单相SR电机，并从样机结构参数和控制策略两方面实现其低转矩脉动的控制要求。首先，概述各种不同相数SR电机和不同结构单相SR电机的研究现状，设计一台添加永磁体辅助起动的功率为900W、额定转速为16200r/min单相4/2极SR电机，通过Ansoft有限元分析软件对样机的静态电磁特性和动态性能进行仿真，验证了设计的正确性。鉴于径向力和转矩脉动的密切联系，提出一种基于麦克斯韦张量法计算单相SR电机径向力的新方法，仿真结果准确的描述了

4、单相SR电机径向力的特征。同时，以降低转矩脉动为目标，从定子极弧和铁心长度等方向降低径向力幅值，获得单相SR电机最优化的结构尺寸。其次，利用静磁场下获得的单相SR电机磁化曲线和矩角曲线，在Simulink环境中依据二维查表法创建其电感法、磁链法和电流法三种非线性本体模型。并且从仿真速度快、精度高等优越性能的电流法模型出发，验证电流法建模的正确性和精确性。接着为进一步实现对电机转矩脉动的抑制，以SR电机数学模型和变结构控制理论为基础，建立了基于变结构控制器的直接转矩控制系统，并与传统PI控制技术对比，在Matlab/Simulink中进行了仿真，验证了该控制策略对转矩脉动有更好的抑制作用。

5、关键词:单相开关磁阻电机，Maxwell2D，径向力，电流法模型，变结构直接转矩控制IABSTRACTSwitchedreluctancemotor(SRmotor)anditsdrivesystemcanmeetwidespeedandall-quadrantoperationdemands,havegoodmechanicalpropertiesandstrongfaulttolerance.However,thelargertorquerippleisaninherentflawofSRmotor,whichrestrictsitsdevelopment.AsinglephaseS

6、Rmotorwasdesignedwhichhasrelativelysimplecontrolandhighercost-effectiveinthepaper,andachievecontrolrequirementsoflowtorqueripplefromstructureandcontrolparametersbytwoways.Firstly,makeanoverviewofresearchstatusofvariousphaseSRMotoranddifferentstructuressingle-phaseSRmotors.Asingle-phase4/2poleSRmo

7、torof900Wand16200r/minwhichaddingthepermanentmagnettostartwasdesigned,makeasimulationofstaticelectromagneticpropertiesanddynamicperformance,verifythecorrectnessofthedesign.Inviewoftheclosetiesofradialforceandtorqueripp