壓力機(jī)與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)剛性傳動(dòng)的連接分析

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)研究的 背景及意義 一、項(xiàng)目目的與意義 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)及其在礦山機(jī)械中的應(yīng)用研究項(xiàng)目屬于《國(guó)家 中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中工業(yè)節(jié)能（機(jī)電產(chǎn) 品節(jié)能）、基礎(chǔ)件和通用部件的重點(diǎn)支持領(lǐng)域，同時(shí)符合《湖南省加 快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)總體規(guī)劃綱要》高效節(jié)能制造產(chǎn)業(yè)中節(jié) 能電機(jī)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(srd)調(diào)速系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的 控制器及開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的新型調(diào)速系統(tǒng)，由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)與微機(jī) 智能控制器兩個(gè)部分組成。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是效 率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、無(wú)啟動(dòng)沖擊電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控 制靈活，此外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。除可以取 代已有的電氣傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)(如直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng))外，開(kāi) 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)還十分適用于礦山井下機(jī)電設(shè)備需要重載啟 動(dòng)、頻繁啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)

以四相8/6極、5.5kw開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為研究對(duì)象,以tms320f240型dsp為控制器核心,采用最少開(kāi)關(guān)器件的功率變換器主電路,主功率開(kāi)關(guān)器件選用igbt,設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,調(diào)速性能優(yōu)良。

分析了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,在matlab/simulink環(huán)境下建立了相繞組數(shù)學(xué)模型、電流置換比較環(huán)節(jié)、功率變換電路模型,結(jié)合這幾個(gè)模塊在電流斬波控制階段,做了低速重載仿真分析。仿真分析證明此方法的適用性,為sr電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)提供了一種方法。

針對(duì)單極性勵(lì)磁時(shí)四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定子磁通沖突問(wèn)題,把雙極性勵(lì)磁方法應(yīng)用于四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),基于2d有限元建立雙極性分塊轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的場(chǎng)路耦合模型,計(jì)算雙極性分塊轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩及銅耗,并在(r,θ)坐標(biāo)系中細(xì)致描述定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心特征區(qū)域的磁密周期性變化規(guī)律,最后應(yīng)用雙頻法分離鐵損獲得鐵心的渦流損耗和磁滯損耗。計(jì)算結(jié)果表明,與同等雙極性勵(lì)磁的8/6結(jié)構(gòu)雙極性普通開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相比,8/6結(jié)構(gòu)雙極性分塊轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大,但銅耗減小約32%,鐵耗減小約35%。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文簡(jiǎn)介 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡(jiǎn)稱(chēng)srd）是由開(kāi)關(guān)磁阻電 動(dòng)機(jī)、電力電子開(kāi)關(guān)電路及驅(qū)動(dòng)控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、轉(zhuǎn)速精度 高、耐高溫、可頻繁起動(dòng)制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持 下獲得了良好的可控性能。因此，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先介紹了課題研究背景和意義。給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成、運(yùn)行 原理和控制方式。給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集 成環(huán)境下，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模、仿真及分析。接著，給出了開(kāi)關(guān)磁阻控制 系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測(cè)電路、 電流檢測(cè)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 摘要：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（srm）的模型是進(jìn)行srm的仿真和性能 預(yù)測(cè)、控制算法設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目所用500?w電機(jī)模型是 在matlab平臺(tái)下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模 型，并基于該模型，建立了srm仿真系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)模型仿真系統(tǒng)srm 1開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的建模問(wèn)題 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的非線(xiàn)性使其性能的精確分析和計(jì)算較為困難。由 于srm電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)其定、轉(zhuǎn) 子極身存在著顯著的邊緣效應(yīng)和高度局部飽和，從而引起了整個(gè)磁路 的高度非線(xiàn)性，其每相繞組的電感是電流和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置角的非線(xiàn) 性函數(shù)，很難準(zhǔn)確建立srm電機(jī)的非線(xiàn)性電感模型，因此如何建立 比較精確的srm電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，是國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者一直研究的問(wèn) 題。 2srm模型數(shù)據(jù)的獲取 目前，關(guān)于srm電

五相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(srm)相對(duì)于常用的三相、四相srm來(lái)說(shuō)其技術(shù)難度較大,但轉(zhuǎn)矩波動(dòng)更小,運(yùn)行更加平穩(wěn)。結(jié)合近期實(shí)際研制的一種1.1kw五相srm調(diào)速系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)1.1kw系統(tǒng))闡述了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)的一些要點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用證明該系統(tǒng)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)器件在工作過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大的電磁干擾和大的功率損耗問(wèn)題,提出了一種基于新型電容分壓并聯(lián)諧振直流環(huán)的功率變換電路拓?fù)?。該電路是在傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)不對(duì)稱(chēng)逆變橋的各開(kāi)關(guān)器件上并聯(lián)緩沖電容,實(shí)現(xiàn)對(duì)相開(kāi)關(guān)的零電壓關(guān)斷;同時(shí),在直流母線(xiàn)上加入一個(gè)由二個(gè)電感與一個(gè)電容為主要組成元件的諧振環(huán),通過(guò)對(duì)此諧振環(huán)中諧振開(kāi)關(guān)的合理控制,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)相開(kāi)關(guān)的零電壓開(kāi)通及對(duì)諧振開(kāi)關(guān)的零電流或零電壓軟通斷。通過(guò)對(duì)功率電路工作原理和動(dòng)作模式過(guò)程的分析,得出需滿(mǎn)足的軟開(kāi)關(guān)條件。具有此諧振環(huán)的軟開(kāi)關(guān)變換器,有效區(qū)間大、功率損耗小,因而提高了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率和性能。用matlab仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此電路的正確性與有效性。

無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng),因此其控制策略的研究非常重要。高速時(shí)由于反電勢(shì)的增加,使懸浮繞組開(kāi)通時(shí)刻電流難以跟蹤,導(dǎo)致瞬時(shí)懸浮力難以控制,因此有必要研究基于平均懸浮力和平均轉(zhuǎn)矩的無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制策略。根據(jù)無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的懸浮原理和數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)平均懸浮力和平均轉(zhuǎn)矩的控制策略。主繞組電流和懸浮繞組電流均采用方波控制。推導(dǎo)了平均懸浮力與繞組電流之間的關(guān)系,以及主繞組電流和懸浮繞組電流的計(jì)算公式。給出了超前角和繞組電流的計(jì)算流程。針對(duì)12/8結(jié)構(gòu)的無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),設(shè)計(jì)了以數(shù)字信號(hào)處理器tms320c2812為核心的控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)給出了繞組電流波形和轉(zhuǎn)子位移波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了電機(jī)的穩(wěn)定懸浮,驗(yàn)證了此控制策略的可行性。

介紹了一個(gè)基于plc,采用開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng),此系統(tǒng)應(yīng)用于織機(jī)主傳動(dòng)統(tǒng),可減少織機(jī)的傳動(dòng)鏈和能耗,提高織機(jī)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

針對(duì)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題,提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)與粒子群優(yōu)化算法的電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。采用三維有限元仿真建立樣本空間,構(gòu)建懸浮力、電磁轉(zhuǎn)矩與繞組間互感的最小二乘支持向量機(jī)非參數(shù)模型;并基于該非參數(shù)模型,選擇滿(mǎn)足額定電磁轉(zhuǎn)矩為約束條件,懸浮力最大且繞組間互感最小為優(yōu)化目標(biāo),采用粒子群優(yōu)化算法獲取電機(jī)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。仿真結(jié)果表明:最小二乘支持向量機(jī)非參數(shù)模型精確度高,采用該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有懸浮承載力強(qiáng)、耦合小、易于控制的優(yōu)點(diǎn),并且該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算法簡(jiǎn)單、操作方便。

通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(switchreluctancemotor,簡(jiǎn)稱(chēng)srm)控制系統(tǒng)的研究,提出了一種電流滯環(huán)控制策略,并對(duì)其控制系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。硬件采用先進(jìn)的dsp芯片tms320f2812作為控制核心,實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于電流滯環(huán)控制的正確性和可靠性。

介紹了以tms320f2407芯片為核心的高性能數(shù)字化srd控制器的設(shè)計(jì),給出了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)策略,并對(duì)其中功率變換器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)給出了詳細(xì)說(shuō)明。本系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能和控制特性。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(srm)由于其顯著的特點(diǎn)而得到業(yè)界廣泛關(guān)注。但實(shí)際應(yīng)用中,srm所占市場(chǎng)份額不多。主要原因是幾乎所有的功率器件集成模塊都是基于變頻器主電路研發(fā)和制造的,srm專(zhuān)用的功率集成模塊幾乎沒(méi)有,srm主電路簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)不出來(lái)。研究基于單個(gè)功率模塊的srm系統(tǒng),分析其工作模式、換相情況及應(yīng)用場(chǎng)合。采用單個(gè)功率模塊,其驅(qū)動(dòng)和控制電路在價(jià)格上與變頻器相當(dāng),為srm的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性和實(shí)用性。

采用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)舊設(shè)備——龍門(mén)刨床進(jìn)行改造,保留原刨床參數(shù),在刨床的基礎(chǔ)上增加了銑削功能,既節(jié)約了資金,又提高了工作效率。

我公司的大型工作母機(jī)日本ｅｄ－１８５ｄ龍門(mén)刨銑床是７０年代中期購(gòu)置的。工作臺(tái)面長(zhǎng)４．５ｍ，寬１．５ｍ，原設(shè)備的主拖動(dòng)系統(tǒng)采用磁放大器—發(fā)電機(jī)—直流電機(jī)系統(tǒng)；交流拖動(dòng)電機(jī)為５５ｋｗ，發(fā)電機(jī)為４５ｋｗ，直流電機(jī)為４０ｋｗ；臺(tái)面刨削速度為５～７０ｍ／ｍｉｎ...

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是由功率變換器電路、雙凸極磁阻電機(jī)及其控制器組成的新型機(jī)電一體化調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),其性能優(yōu)越,發(fā)展前景廣闊。

為抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(srm)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點(diǎn),取6個(gè)特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項(xiàng)式函數(shù)來(lái)建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明,所提方法具有快速和準(zhǔn)確性。

提出了一種新型結(jié)構(gòu)無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,運(yùn)行過(guò)程中不需要切換控制繞組,降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。分析了該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和懸浮原理,并基于有限元計(jì)算法對(duì)新型結(jié)構(gòu)電機(jī)和常規(guī)結(jié)構(gòu)電機(jī)進(jìn)行了比較,包括:1)兩種電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)子徑向氣隙磁密分布、徑向力產(chǎn)生情況以及產(chǎn)生懸浮力的同時(shí)對(duì)靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩的影響;2)比較了控制繞組通電電流變化時(shí)產(chǎn)生徑向力情況及對(duì)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的影響。性能分析及比較結(jié)果表明,新型結(jié)構(gòu)無(wú)軸承開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有優(yōu)良的懸浮與旋轉(zhuǎn)性能,研究結(jié)果為該電機(jī)的進(jìn)一步建模及運(yùn)行控制建立了基礎(chǔ)。

為了建立橫向磁場(chǎng)直線(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(transversefluxlinearswitchedreluctancemotors,tflsrm)的解析數(shù)學(xué)模型,首先分析tflsrm的結(jié)構(gòu)和磁路特點(diǎn),建立tflsrm的磁路等效模型,采用直線(xiàn)磁路和變橢圓系數(shù)的橢圓形磁路分割法推導(dǎo)等效磁路的氣隙磁導(dǎo)解析式,確定以磁導(dǎo)表示的繞組電感和磁鏈,建立了推力和法向力的數(shù)學(xué)模型。有限元分析結(jié)果驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性,利用該模型分析了改變次級(jí)極寬和氣隙長(zhǎng)度對(duì)電機(jī)推力和法向力的影響,半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的有效性。

i 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡(jiǎn)稱(chēng)srd）是由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)、電力電子開(kāi)關(guān)電路及驅(qū)動(dòng)控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、轉(zhuǎn)速精度高、耐 高溫、可頻繁起動(dòng)制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了 良好的可控性能。因此，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先介紹了課題研究背景和意義。給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成、運(yùn)行原 理和控制方式。給出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集成環(huán) 境下，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模、仿真及分析。接著，給出了開(kāi)關(guān)磁阻控制系統(tǒng)的 硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測(cè)電路、電

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新興電機(jī),得到了廣泛的應(yīng)用,但是它的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題制約了電機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此,如何減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,為了優(yōu)化電機(jī)動(dòng)態(tài)性能,國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究,并提出了很多解決方案,概括起來(lái)分為兩種：一是改進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu),二是采用合適的控制技術(shù)。文章主要從這兩方面來(lái)闡述減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法。