独立磁路开关磁阻电机及其宽转速范围发电控制研究.pdf

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1、独立磁路开关磁阻电机及其宽转速范围发电控制研究张玉洁2015年1月中图分类号：UDC分类号：独立磁路开关磁阻电机及其宽转速范围发电控制研究作者姓名张玉洁学院名称自动化学院指导教师金英答辩委员会主席廖晓钟教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月TheresearchofSRMwithisolatedmagneticpathsanditsgenerationcontrolinawidespeedrangeCandidateName:ZhangYujieSchoo

2、lorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:JinYingChair,ThesisCommittee:Prof.LiaoXiaozhongDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的

3、指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要开关磁阻电机因其具有结构简单、坚固，成本低廉，可控参数多，控制容易等诸多优点而被越来越广泛地应用于一般工业、家用电器以及航空航天等领域。本文提出了一种新型的具有U形定子齿的独立磁路

4、开关磁阻电机结构。此种电机采用外转子，结构更加简单，制造成本更加低廉。针对单相开关磁阻电机，本文还提出一种新型的功率变换器主电路拓扑，该拓扑有两种工作模式，即全绕组励磁模式和部分绕组励磁模式。本文研究了开关磁阻电机的发展概况及基本理论知识，首先描述了开关磁阻电机的国外和国内发展历史、研究现状以及研究热点，然后详细介绍了开关磁阻电机的基本结构及工作原理、数学描述方程、电动及发电控制原理。针对所提出的独立磁路开关磁阻电机，本文研究了如下电机结构的特性：一种为具有三种不同大小U形定子齿的三相独立磁路开关磁阻电动机，

5、一种为只具有一种U形定子齿的单相独立开关磁阻发电机。通过对三相独立磁路开关磁阻电动机的结构分析及仿真验证，给出了此种电机的优势及其存在的缺点和应用局限性。针对所提出的单相独立磁路开关磁阻发电机，本文做了以下研究工作：对比了三种不同定转子结构的单相独立磁路开关磁阻发电机的电磁特性，并且给出了最优的结构设计；对其中一种发电机结构进行参数设计；利用Maxwell3D有限元电磁分析软件，对采用三种不同绕组匝数的电机进行电磁仿真，并对仿真结果做了对比分析；以三种不同绕组匝数为例，分析绕组匝数对电机的电磁性能的影响，并在

6、Matlab中建立电机的电磁模型，对三种情况下电机的发电过程分别进行仿真，分析了电路的仿真结果；根据设计和仿真所得结论，制造了单相独立磁路开关磁阻发电机的样机。本文最后介绍了所提出的新型功率变换器拓扑在两种励磁模式下的工作原理，通过仿真对这两种模式进行了对比分析。分析结果表明，使用部分绕组励磁时，能够提高低速时的发电效率，并在高速发电时获得较高的输入功率和输出功率。关键词：独立磁路；开关磁阻电机；U形定子；功率变换器拓扑I北京理工大学硕士学位论文AbstractSwitchedreluctancemachin

7、earebeingmoreandmorewidelyusedingeneralindustry,householdappliances,aerospaceandotherfieldsbecauseofitssimpleandruggedstructure,lowcost,multi-controllableparameters,easycontrolandmanyotheradvantages.Thisthesisproposesanewtypeofswitchedreluctancemachinewhich

8、hasU-shapedstatorteethandindependentmagneticcircuit.Suchamachinehasexternalrotorandmoresimplestructure,whichmakesthecostmoreaffordable.Forsingle-phaseswitchedreluctancemachine,thethesisalsopresentesane