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开关磁阻电机模块化驱动器关键技术的研究

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 系统模块化的研究现状

1.3 开关磁阻电机模块化的研究现状

1.4 SRM驱动系统的基本构成

1.5 模块化驱动器的研究进展

1.6 本文的主要研究内容

第二章 可扩展式模块化驱动器的设计方案

2.1 概述

2.2 方案确定

2.3 总体设计

2.4 硬件设计

2.5 调试实验

2.6 本章小结

第三章 N/2模块下电流采样技术的研究

3.1 引言

3.2 N/2驱动模块

3.3 四相无中点电容裂相式电路

3.4 双电流传感器检测方案

3.5 单电流传感器检测方案

3.5 绕组阻值R对电流脉动的影响

3.6 单脉冲注入抑制策略

3.7 本章小结

第四章 母线电流控制策略的研究

4.1 引言

4.2 基本原理

4.3 多相SR电流平均值控制策略

4.4 多相SR电机交错控制策略

4.5 母线电流峰值控制策略

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

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摘要

随着电机驱动的发展和日渐成熟,电机驱动系统级的集成化已经在多个应用领域成为主要优先选择。电机和电子器件的集成不光可以降低整体系统体积,减少高电流布线,也具有简化冷却系统,降低电磁辐射干扰的优势。同时驱动系统的模块化在高容错性能、大容量和高可靠性驱动场合具有突出的优势。
  现代工业发展中,模块化设计以其通用化、系列化、标准化等诸多优点在工业中得到越来越广泛的应用。功率密度的提高可以通过增加相数、齿数来实现,但是相数的增加也会导致多相SRM功率变换器器件数的剧增,从而带来驱动系统成本的显著增加。模块化设计是面向整个产品族系统,由上而下着眼于产品族系统分解和再组合所得的通用模块体系,因此电机行业对集成模块化驱动系统的的研究备受关注,低成本高性能的SRM新型功率变换器具有重要意义。
  本文针对现有模块化驱动器存在的单点故障易发、应用场合有限、成本价格过高以及协调控制困难等问题,针对任意相SRM提出了一种可扩展式模块化驱动器方案,对不同应用场合,讨论了该模块化驱动器的3种扩展方式,并设计了扩展性能高的模块化驱动器,介绍了硬件的设计方案。
  为减少模块化驱动器的体积,本文基于 N/2模块方案,研究电流传感器的减少方案,首先介绍了组合成的无中点电容裂相式拓扑,分析双电流传感器的方案优缺点,提出一种单电流传感器的采用方案,并针对单电流传感器方案存在相电流脉动的问题,分析了相电流脉动的原因、脉动电流幅值与各参数的耦合关系,尤其针对绕组阻值对电流脉动的影响。通过注入单个高频脉冲,依据母线电压的脉动,来实现对脉动相电流的抑制,最后,利用实验证明了方案的可行性。
  在现有设计方案中,母线电解电容存在寿命短、体积大、温度影响大等问题,为解决电解电容对模块驱动器高集成度的影响,本文对母线电流控制策略进行研究,首先将母线侧等效成一阶RC电路,详细介绍了减少母线电容的基本原理,介绍了母线电流平均值法,对基本原理进行了介绍,并将其应用入多相电机中,仿真分析证明平均值法能够实现对母线电容的限制,但存在转速上限问题。研究发现,在多相SR电机下,采用交错控制策略,转速限制有提升,但依然存在转速限制的问题。基于上述问题,本文提出了母线电流峰值控制策略,并计算出等效阻抗,依据电源侧的等效电路,推算出在固定频率情况下,母线电容容值等式。最后采用实验,将不同控制策略进行对比,证明了策略的可行性。

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