论文部分内容阅读
磁悬浮开关磁阻电机集磁轴承与开关磁阻电机于一体，不仅继承了开关磁阻电机高速性、低损耗损等优越性能，而且发挥了磁轴承无机械磨损的优点。近年来，随着电机理论和相关技术的不断完善，磁悬浮开关磁阻电机在飞轮储能、电动汽车、航空航天电源、生命科学等领域应用前景广阔。针对传统双绕组磁悬浮开关磁阻电机功率电路复杂、绕组利用率低等缺点，探索单绕组磁悬浮开关磁阻电动发电控制策略，进一步提高电机的效率和高速稳定性，对于拓展电机应用范围具有重要的实际意义。 本文针对单绕组磁悬浮开关磁阻电动发电机运行机理、悬浮力与电压数学模型、电动模式下电流分配控制、发电模式励磁优化以及功率外电路设计等关键问题，在国家自然科学基金(51377074)项目资助下开展研究工作。主要研究内容如下: 1)对比研究了单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构，详细阐述了电机的电动发电机理，分析了磁场的非线性和悬浮力转矩的耦合性。根据等效磁路模型和电流解析法，推导得到了两相导通的电感矩阵计算模型，结合磁场虚位移原理，建立了悬浮力与端电压数学表达式。 2)针对电动模式下悬浮力与转矩的耦合影响，给出了悬浮力与转矩的电流分配策略。详细阐述了最小二乘支持向量机预测电流的逆系统模型的原理，介绍了改进的粒子群算法优化模型超参数步骤，分析了内模控制器的设计原则，仿真实验表明电流分配的预测模型具有良好的解耦效果和动态响应特性。 3)针对发电模式下励磁不对称造成的电压波动问题，提出了双向导通下“零电压励磁”的励磁模式，详细分析了励磁空转的原理，在此基础上优化计算了励磁空转开通角和关断角，给出了基于Maxwell和Simplorer环境下的联合仿真模型，验证了所述方法可有效降低不对称励磁工况下输出电压的波动。 4)提出了电动发电模式共用一套功率电路的思想，重新设计了他励半桥拓扑结构并详细阐述了该电路的工作过程，构建了位移位置检测电路、电流滞环与比较电路等硬件模块，研究了DSP和CPLD的各自优势，并分配了DSP和CPLD组合中的控制任务，为开展高速控制及性能研究奠定了基础。 最后，总结了本文所开展的工作，提出了下一步需要研究的内容和重点。