8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机的关键参数优化与控制

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磁悬浮开关磁阻电机将无轴承技术与开关磁阻电机结合起来,具有低损耗,轴向利用率高,临界转速大等优点,在飞轮储能、航空航天等领域拥有广阔的应用前景。经过多年研究,国内外学者相继提出了多种结构的磁悬浮开关磁阻电机,其中8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构最为简单,但电机在运行时需要同时导通相邻绕组,增加了数学建模和驱动控制的难度。因此,本文针对8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机的运行原理、数学模型、本体设计和控制系统设计进行了研究,本文主要的研究工作如下:  (1)研究了8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机的运行原理,为克服因相邻气隙的磁导表达式不同而引起的建模困难,提出基于辅助函数和查表法的建模方法,建立了径向力和转矩的数学模型。用有限元分析验证数学模型的准确性,为电机参数优化和控制策略的进一步研究提供了理论基础。  (2)针对8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机的本体设计,分析了各参数和绕组结构的设计方法,推导了主体尺寸计算公式,用有限元的方法对电机的主要参数进行了单变量分析,根据各参数对转矩,径向力和互感的影响找出需要优化的关键参数。  (3)运用粒子群算法对8/6极单绕组磁悬浮开关磁阻电机关键参数进行优化,以径向力和转矩最大、互感最小为优化目标,设计了电机参数的优化流程,用有限元分析验证了优化结果的可靠性。  (4)将绕组电流进行差动等效,并计算出电流的转矩分量和悬浮分量。设计了8/6极单绕组BSRM的控制系统,并基于Matlab/Simulink平台进行了仿真,验证了控制方法的可行性。构建了以DSP与FPGA为核心的8/6极单绕组BSRM数字控制系统,设计了功率变换电路,信号检测、保护电路以及硬件接口电路等硬件模块。
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