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电机行业作为现代工业中不可或缺的一部分,受到了学者们广泛的关注。除了对电机本体的设计和优化外,电机驱动的可靠性和经济性也一直是研究的重点。目前,在电机驱动领域,总体上可以分为电流源型和电压源型两大类。相对于电压源型电机驱动,电流源型虽然损耗较大、断路保护困难,但具有拓扑简单、支持四象限运行、短路保护可靠和 dv/dt 低等优点,逐渐得到了学者们的重视。近些年来,在中高压电机驱动系统中,电流源型电机驱动的应用也有增加的趋势。
目前在电机领域,永磁电机的应用十分广泛。由于制作永磁电机所需要的稀土资源价格昂贵,产量不稳定。与永磁电机相比,同步磁阻电机是一种完全使用磁阻转矩工作的电机,有着天然的成本优势。因此对同步磁阻电机的研究有重要的经济意义。
本文设计了一种背靠背电流源型馈电的同步磁阻电机驱动系统。驱动系统的拓扑结构包括电流源型整流器和电流源型逆变器,两者通过母线电感背靠背相连。变换器的输入侧和输出侧分别与三相交流电容并联,整流侧与电网间串联三相电感,输出侧直接与同步磁阻电机相连。
首先,本文对背靠背电流源型变换器的结构进行了介绍,对其工作模式和控制策略进行了详细的分析;其次,基于同步磁阻电机的运行原理,介绍了同步磁阻电机的控制方法,设计了电流源型电机驱动系统的矢量控制策略;再次,本文推导了同步磁阻电机的损耗模型,设计了电机的最小损耗控制策略。针对电流源型变换器损耗较大的问题,本文也对变换器的损耗进行分析和建模,并将电机和变换器两者的损耗模型结合起来,通过实验结果分析系统的整体损耗;最后,利用同步磁阻电机的转子凸极性显著这一特性,本文研究了基于高频电流信号注入的无位置传感器控制方法,实现了在零速和低速下的无位置控制。通过省去电机的位置传感器,进一步提高了系统的可靠性,降低成本。
为了验证本文提出的控制方法的可行性,在实验室中搭建了背靠背电流源型馈电的同步磁阻电机平台。在实验平台上进行了各种控制策略的原理验证,并在文中对实验结果进行了分析。
目前在电机领域,永磁电机的应用十分广泛。由于制作永磁电机所需要的稀土资源价格昂贵,产量不稳定。与永磁电机相比,同步磁阻电机是一种完全使用磁阻转矩工作的电机,有着天然的成本优势。因此对同步磁阻电机的研究有重要的经济意义。
本文设计了一种背靠背电流源型馈电的同步磁阻电机驱动系统。驱动系统的拓扑结构包括电流源型整流器和电流源型逆变器,两者通过母线电感背靠背相连。变换器的输入侧和输出侧分别与三相交流电容并联,整流侧与电网间串联三相电感,输出侧直接与同步磁阻电机相连。
首先,本文对背靠背电流源型变换器的结构进行了介绍,对其工作模式和控制策略进行了详细的分析;其次,基于同步磁阻电机的运行原理,介绍了同步磁阻电机的控制方法,设计了电流源型电机驱动系统的矢量控制策略;再次,本文推导了同步磁阻电机的损耗模型,设计了电机的最小损耗控制策略。针对电流源型变换器损耗较大的问题,本文也对变换器的损耗进行分析和建模,并将电机和变换器两者的损耗模型结合起来,通过实验结果分析系统的整体损耗;最后,利用同步磁阻电机的转子凸极性显著这一特性,本文研究了基于高频电流信号注入的无位置传感器控制方法,实现了在零速和低速下的无位置控制。通过省去电机的位置传感器,进一步提高了系统的可靠性,降低成本。
为了验证本文提出的控制方法的可行性,在实验室中搭建了背靠背电流源型馈电的同步磁阻电机平台。在实验平台上进行了各种控制策略的原理验证,并在文中对实验结果进行了分析。