ALA轉(zhuǎn)子同步磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究.pdf

1、早期的同步磁阻電機,為產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子上裝有起動籠。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的同步磁阻電機凸極比小，因而功率因數(shù)差、轉(zhuǎn)矩密度低，并且該異步轉(zhuǎn)矩正常運行時易引起轉(zhuǎn)子振蕩。新型ALA (Axially Laminated Anisotropic)轉(zhuǎn)子電機本質(zhì)上仍是一種同步磁阻電機，但其獨特的轉(zhuǎn)子軸向疊片結(jié)構(gòu)使之具有很高的凸極比，因而具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率因數(shù)、低損耗等優(yōu)點；多疊片結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子表面光滑，磁阻變化連續(xù)，轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲小；轉(zhuǎn)子無永磁體，

2、能夠承受較高的運行溫度和負載沖擊，電機過載能力強，易于弱磁擴速，因而是一種非常具有應用前景的電機。但這種電機難以直接啟動，在開環(huán)運行時存在振蕩、失步和異步運行等問題。這些缺點限制了ALA轉(zhuǎn)子電機的實用化。本文的研究工作，目的就在于推動這種新型電機的實用化進程。 本文首次提出將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應用于ALA轉(zhuǎn)子電機。直接轉(zhuǎn)矩控制首見應用于異步電機，其控制方案在異步電機控制中的研究已經(jīng)取得了許多重要成果。近年來，亦有不少學者將之應用于

3、同步電機的研究，且主要集中于內(nèi)永磁結(jié)構(gòu)。 為將異步電機和永磁同步電機有關直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究成果應用于ALA轉(zhuǎn)子電機，本文從分析異步電機和永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)開始，介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理和技術(shù)發(fā)展，并對其前景進行了展望。闡述了永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的區(qū)別，并進行了仿真研究。 ALA轉(zhuǎn)子電機在結(jié)構(gòu)上畢竟與異步電機和永磁同步電機不同，其控制方式和性能也大不一樣。例如，和異步電機

4、相比，ALA轉(zhuǎn)子無繞組，轉(zhuǎn)子磁鏈的響應要快得多。而和永磁同步電機相比，ALA轉(zhuǎn)子無獨立的磁場。直接將異步電機和永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)不加變化地移植到ALA轉(zhuǎn)子電機，很難獲得最佳性能，本文的研究重點即探索適合于ALA轉(zhuǎn)子同步磁阻電機的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。 本文在分析同步磁阻電機的特點和工作原理的基礎上，從同步磁阻電機的基本原理出發(fā)，推導了磁阻轉(zhuǎn)矩的一般表達式；并在定子參照系下，建立了ALA轉(zhuǎn)子電機的數(shù)學模型；繼而開展了系統(tǒng)的

5、相關研究工作。具體如下： 介紹了同步磁阻電機現(xiàn)有的各種控制方案，并指出同步磁阻電機控制方案面臨的兩大主要問題：一方面需要位置傳感器；另一方面，同步磁阻電機因其磁路不同，磁飽和對d軸與q軸的影響差別很大，使d軸電感隨電流而變化。在矢量控制方案中，d軸電感往往是通過d軸電流查表求得，這進一步增加了控制系統(tǒng)的復雜性。直接轉(zhuǎn)矩控制不需要位置傳感器，并對電機參數(shù)有較好的魯棒性，因此開展同步磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究具有十分重要的意義。

6、 闡述了ALA轉(zhuǎn)子電機的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，用MATLAB軟件進行了ALA轉(zhuǎn)子電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真分析。仿真結(jié)果證實了ALA轉(zhuǎn)子電機直接轉(zhuǎn)矩控制方案的可行性和有效性。 詳細介紹了基于DSP專用芯片TMS320LF2407A的ALA轉(zhuǎn)子電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。闡述了各種硬件資源配置和軟件設計方法，設計時注意將軟件設計和硬件設計相結(jié)合，較好地構(gòu)建了一套ALA轉(zhuǎn)子電機直接轉(zhuǎn)矩控制實驗系統(tǒng)。 對四極樣機開展了大量的起動

7、、分步加速、轉(zhuǎn)速突變、正反轉(zhuǎn)實驗，得到了大量的實驗數(shù)據(jù)。實驗證明，ALA轉(zhuǎn)子電機在直接轉(zhuǎn)矩控制方式下具有較強的抗擾動能力和快速響應能力，同時展示出良好的運行性能和應用潛力。 進行了兩極ALA轉(zhuǎn)子電機的空載起動和運行實驗。實驗結(jié)果表明，直接轉(zhuǎn)矩控制方案對不同ALA轉(zhuǎn)子電機有很好的適應性。 進行了兩極ALA轉(zhuǎn)子電機在直接轉(zhuǎn)矩控制方式下帶機械阻尼器和不帶機械阻尼器的對比實驗。結(jié)果證實，直接轉(zhuǎn)矩控制能徹底解決ALA轉(zhuǎn)子電機開環(huán)起