【摘要】：近年來,破壁機(jī)的出現(xiàn)迎合了人們高品質(zhì)、精細(xì)化的養(yǎng)生理念,應(yīng)用日益廣泛。作為破壁機(jī)的核心部件,驅(qū)動電機(jī)的性能對破壁機(jī)有重要影響。破壁機(jī)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在2萬轉(zhuǎn)/分以上,現(xiàn)在國內(nèi)普遍采用串激電機(jī)作為驅(qū)動。串激電機(jī)成本低,轉(zhuǎn)矩輸出特性符合破壁機(jī)工況要求,但串激電機(jī)必須使用換向器和電刷才能運(yùn)行,換向時易產(chǎn)生火花,電刷易摩擦損壞,影響系統(tǒng)整體可靠性與壽命。高速電機(jī)在向著無刷方向發(fā)展,如異步感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)等。異步感應(yīng)電機(jī)易起動,成本低,不需位置傳感器,但電機(jī)功率因數(shù)低,起動電流大,起動轉(zhuǎn)矩小,不滿足破壁要求。永磁電機(jī)功率因數(shù)高,效率高,但轉(zhuǎn)子上嵌有永磁體,轉(zhuǎn)子強(qiáng)度低,且永磁體價格貴,高速弱磁控制復(fù)雜。相比較而言,開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,起動電流小,起動轉(zhuǎn)矩大,整體效率高,轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體,不需要換向器和電刷,容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn),歐美等國家已開始在破壁機(jī)上研制應(yīng)用。國內(nèi)對開關(guān)磁阻電機(jī)的研究始于上世紀(jì)90年代,近十年來已在普通工業(yè)場合得到推廣,電機(jī)轉(zhuǎn)速普遍在1500轉(zhuǎn)/分左右。國內(nèi)對于高速開關(guān)磁阻電機(jī)的研究剛剛起步,南航等個別高校試制了航空航天用高速開關(guān)磁阻電機(jī)樣機(jī),但沒有實(shí)際應(yīng)用。本文針對破壁機(jī)應(yīng)用需求,研究解決高速開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)與控制等關(guān)鍵技術(shù)問題,利用先進(jìn)的微處理器及集成芯片,依托現(xiàn)代控制理論開發(fā)出適用于破壁機(jī)的高速開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)。本文首先在線性數(shù)學(xué)模型下分析了開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流、位置角之間的關(guān)系,提出了分轉(zhuǎn)速區(qū)域的多種控制方式相結(jié)合的綜合策略,以滿足電機(jī)低速輸出大轉(zhuǎn)矩、高速換相控制速度快的要求;其次利用Matlab/Simulink環(huán)境搭建了系統(tǒng)模型并進(jìn)行了仿真,改進(jìn)了傳統(tǒng)PID算法,結(jié)合電機(jī)調(diào)速的具體特性,采用了飽和的增量式PI算法,實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)最高轉(zhuǎn)速4萬轉(zhuǎn)/分的調(diào)速目標(biāo);最后本文綜合考慮了系統(tǒng)性能和成本,設(shè)計(jì)了以ARM公司STM32F103作為控制核心、以智能功率模塊IPM為驅(qū)動的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器,以模塊化的思想完成了系統(tǒng)初始化程序和各個中斷服務(wù)子程序,并搭建實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了開關(guān)磁阻電機(jī)樣機(jī)的測試。實(shí)驗(yàn)表明本文設(shè)計(jì)的高速開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)符合預(yù)期目標(biāo),低速運(yùn)行時輸出轉(zhuǎn)矩大,高速運(yùn)行時系統(tǒng)響應(yīng)快,轉(zhuǎn)速超調(diào)量小,并能根據(jù)不同的應(yīng)用特性設(shè)定轉(zhuǎn)矩輸出曲線,調(diào)整方便。高速開關(guān)磁阻電機(jī)具有系統(tǒng)高效、高可靠性、低成本等優(yōu)點(diǎn),本文的相關(guān)工作不僅可用于破壁機(jī),在其它高速場合也易于借鑒實(shí)現(xiàn),對高速開關(guān)磁阻電機(jī)技術(shù)的發(fā)展具有推動作用。
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM352
【圖文】：

電機(jī)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的調(diào)速系統(tǒng)，控制難度一方面表現(xiàn)在控制算法上整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)交流電機(jī)不同，SR 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子由高導(dǎo)磁率成的雙凸機(jī)結(jié)構(gòu)，只在定子上集中嵌入繞組；SR 電機(jī)兼有直流調(diào)速和的優(yōu)點(diǎn)，正常工作時繞組依次通入斷續(xù)電流，鐵芯磁路處于高度飽和的直接接入交流電壓，必須經(jīng)過功率變換器在芯片的控制作用下給磁阻電以，電源電壓、電流、導(dǎo)通角、關(guān)斷角均為 SR 電機(jī)的控制參數(shù)，控制于 SR 電機(jī)繞組電流為非正弦波形，定、轉(zhuǎn)子的的雙凸機(jī)形狀，磁場分法得到簡單、單一的分析模型，傳統(tǒng)的電機(jī)解析模型并不適用于分析 SRSR 電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要包括 SR 電機(jī)本體、功率變換器、位置檢測器路四部分組成[13]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。

它的大小僅與負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)�？紤]的。不同規(guī)格的 SR 電機(jī)，不同的電件下，SR 電機(jī)對應(yīng)的機(jī)械調(diào)速曲線均不同的分布。在上述兩個速度區(qū)域內(nèi)，分別求的機(jī)械特性，這也表明了 SR 電機(jī)的調(diào)機(jī)的驅(qū)動電機(jī)。3.2 本設(shè)計(jì)中 SR 電機(jī)的控制方案在本設(shè)計(jì)中，一方面要通過電機(jī)控制面對于破壁機(jī)多種檔位轉(zhuǎn)速的要求同樣不（1）針對液體食材的破壁，系統(tǒng)要求額食材要求最高轉(zhuǎn)速 40000r /min；（3）具40000r /min 內(nèi)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定調(diào)節(jié)并且在調(diào)制策略是無法滿足要求的，需要尋求在不設(shè)計(jì)中，對 SR 電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速區(qū)間

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2719309