發(fā)布時(shí)間：2018-12-18 03:21

【摘要】：本文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目為背景,針對(duì)頻繁重載起動(dòng),變負(fù)荷運(yùn)行的起重、冶金、礦山等機(jī)械裝備存在的問題,提出并研究一種繞線轉(zhuǎn)子自起動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)(WRLS-PMM:Wound-rotor line-start permanent magnet motor)。該型電機(jī)兼具繞線異步電機(jī)起動(dòng)可控的特點(diǎn)和永磁電機(jī)輕載高效的特點(diǎn)。根據(jù)這種新結(jié)構(gòu)帶來的特殊問題,本文重點(diǎn)研究了該型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,以及轉(zhuǎn)子斬波控制電路器件選型依據(jù)。研究電網(wǎng)回路阻抗特性和增加弱磁繞組對(duì)于發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響。提出并研究了基于實(shí)時(shí)輸出最大異步轉(zhuǎn)矩的斬波起動(dòng)控制方法,并對(duì)WRLS-PMM的起動(dòng)性能進(jìn)行場(chǎng)路運(yùn)動(dòng)耦合仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究。主要研究成果體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： (1)總結(jié)了WRLS-PMM轉(zhuǎn)子繞組和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。提高轉(zhuǎn)子每槽繞組有效導(dǎo)體截面積,降低轉(zhuǎn)子等效電阻,可提高牽入轉(zhuǎn)矩。發(fā)現(xiàn)在保持轉(zhuǎn)子等效電阻不變的情況下,增加轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)能夠有效降低轉(zhuǎn)子電流。提出了基于飽和系數(shù)和電壓迭代的轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電壓電流計(jì)算方法,為轉(zhuǎn)子斬波控制器件選型提供依據(jù)。鑒于反電勢(shì)對(duì)電機(jī)效率、功率因數(shù)、額定電流、牽入轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩具有重要影響,給出了反電勢(shì)標(biāo)幺值的設(shè)計(jì)依據(jù)�？偨Y(jié)出永磁體和轉(zhuǎn)子槽相對(duì)位置的設(shè)計(jì)規(guī)律,以及永磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和過載倍數(shù)與磁路結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系。 (2)研究了發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩受外部供電回路阻抗特性影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)供電回路等效電阻只會(huì)改變最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)時(shí)刻,而不改變其最大值。供電回路等效電感則同時(shí)影響制動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大值及其出現(xiàn)時(shí)刻,并與最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩成反比。建立并編制了考慮轉(zhuǎn)子斬波調(diào)阻過程的場(chǎng)路運(yùn)動(dòng)耦合有限元仿真計(jì)算程序�？偨Y(jié)分析了轉(zhuǎn)子繞組開路和轉(zhuǎn)子繞組調(diào)阻對(duì)于堵轉(zhuǎn)特性影響。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí),堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓大幅提高,需校核此時(shí)轉(zhuǎn)子控制器件耐壓等級(jí)。提出并研究一種增加轉(zhuǎn)子弱磁繞組的方法,通過將轉(zhuǎn)子每極弱磁繞組與單向?qū)ǘ䴓O管串聯(lián)的方式使永磁磁場(chǎng)受到削弱,抑制起動(dòng)階段發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。仿真結(jié)果表明弱磁繞組能夠有效削弱起動(dòng)初始時(shí)刻氣隙磁場(chǎng),抑制發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 (3)為了充分發(fā)揮WRLS-PMM起動(dòng)性能,提出并研究了基于實(shí)時(shí)輸出最大異步轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子斬波調(diào)阻起動(dòng)控制策略。結(jié)合轉(zhuǎn)子斬波控制需求,建立了基于兩種緩沖電路的轉(zhuǎn)子回路IGBT斬波調(diào)阻準(zhǔn)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。分析了轉(zhuǎn)子回路電感、電容、電阻、轉(zhuǎn)速以及斬波頻率對(duì)轉(zhuǎn)子等效外串電阻計(jì)算模型的影響規(guī)律。給出了基于RCD型緩沖電路的斬波電路中導(dǎo)通占空比的計(jì)算方法,并發(fā)現(xiàn)斬波頻率超過1k時(shí),等效外串電阻計(jì)算模型對(duì)外界參數(shù)敏感性很低,而且等效外串電阻與斬波占空比具有非常簡(jiǎn)潔的線性關(guān)系。研究了溫度對(duì)于斬波控制策略的影響。研究表明,當(dāng)定子繞組溫度高于轉(zhuǎn)子繞組溫度且溫差較大時(shí),溫度對(duì)于斬波控制策略影響有限。搭建了WRLS-PMM斬波起動(dòng)控制器,并編制了控制程序。 (4)設(shè)計(jì)制造了相同額定參數(shù)的WRLS-PMM、繞線異步電機(jī)和鼠籠轉(zhuǎn)子自起動(dòng)永磁電機(jī)(LS-PMSM)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比LS-PMSM, WRLS-PMM能夠達(dá)到永磁電機(jī)的高效高功率因數(shù)指標(biāo),當(dāng)采用合理的斬波調(diào)阻控制方法時(shí),最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可提高80%以上,起動(dòng)電流沖擊降低20%�？偨Y(jié)了供電電源對(duì)WRLS-PMM起動(dòng)性能影響規(guī)律。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM351

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本文編號(hào)：2385246