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1、本科毕业设计（论文）资料第一部分 设计说明书摘要开关磁阻作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、低成 本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性，愈来愈得到人们的认可和应用。 目前已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高 速驱动、航空航天等众多领域中，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统 和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。开关磁阻电机在驱动调速领域得到 了广泛的应用，同时也在发电领域内受到越来越多的重视，引起了不少专家、 学者的兴趣。本文首先介绍了幵关磁阻电机调速系统 （SRD）的发展史、优点、研究方向以 与应用， 状况，并对开关磁阻电动机的特点和电磁原
2、理进行了阐述，从基本的电磁规律 出发，说明 SRD 的原理与相关理论。并利用数学模型建立 SRD 系统的模型、 SRM 的模型、 电流控制器模型、 逆变器模型、 角度控制模型， 并通过 MATLAB 进行仿真，比较分析仿真波形与理想数学模型的差距。关键词：开关磁阻电机 数学模型ABSTRACTSwitch magnetoresistance, as a kind of new speed drive system, switch reluctance motor with its simple structure, low cost, high efficiency, high speed a
3、nd flexibility of controllability, more and more get recognized by people and application. Currently has been successfully used in electric vehicle drive system, household appliances, industrial application, servo system, high-speed drive, aerospace, etc, become ac motor speed control system, dc mot
4、or speed control system and brushless dc motor control system of strong competitors. Switch reluctance motor driving speed in the field has been widely used in开关磁阻调速电动机毕业设计power, but also more and more field, caused a lot of experts and scholars of interest.This paper first introduces a switched rel
5、uctance motor speed control system (SRD) history, advantages, research direction and application,Condition, and the SRM features and electromagnetic principle, from the basic laws of electromagnetic, the principle and the related theorySRD). Using the mathematic model and the model, SRM SRD system m
6、odel, the current controller model, inverter model, the Angle control model, and throughMATLAB simulation and comparison analysis andsimulation of the ideal mathematical model.Keywords: SRG, The mathematical model目录第 1 章 绪论 11.1 开关磁阻调速电动机发展简介 11.2 开关磁阻电机的特点 21.3 开关磁阻调速电动机的研究动向与应用 3第 2 章 开关磁阻电机的基本机构与
7、工作原理 62.1 开关磁阻电机的基本组成环节 62.1.1 功率主开关器件 72.1.2 功率变换拓扑电路 72.1.3 控制器 1.0.2.1.4 位置检测 1.1.2.1.5 电流检测 1.2.2.2 SR 电机的工作原理 1.2.第 3 章开关磁阻电机控制策略 1.5.3.1 角度位置控制 1.5.3.2 电流斩波控制 1.5.3.3 电压 PWM 控制 1.6.3.4 单相起动方式 1.7.3.5 双相起动方式 1.8.第 4 章 开关磁阻电机数学模型的建立 1.94.1 开关磁阻电机的数学模型 1.9.4.1.1 建立模型常用的方法 1.9.4.1.2 SR 电机的方程 2.1.4
8、.2 SR 电机系统的线性分析 2.3.4.2.1 电感与转子位置角的关系分析 2.34.2.2 基于线性模型的绕组电流分析 2.54.3 电磁转矩的分析 2.9.4.4 转速的控制 3.0.4.5 基于非线性电感特性的 SR 电机的数学模型 3.04.5.1 绕组非线性电感特性研究 3.04.5.2 SR 电机的非线性数学模型 3.2第 5 章 开关磁阻电机调速系统 MATLAB/SIMULINK 仿真 365.1 SRD 调速控制策略的研究 3.6.5.1.1 SR 电机的运行特性 3.6.5.1.2 控制策略 3.8.5.2 SRD 的仿真研究 4.0.5.2.1 逆变器模型 4.0.5
9、.2.2 SR 电机模型 4.0.5.2.3 SRD 系统模型 4.1.5.2.4 电流控制器模型 4.2.5.2.5 角度控制模型 4.3.5.2.6 仿真结果与分析 4.4.结论 4.6.参考文献 4.8.致谢 4.9.第 1 章 绪论1.1 开关磁阻调速电动机发展简介开关磁阻调速电动机 (The Switched Reluctance Drive, 以下简称 SRD) 最 早可以追溯到 1970 年，英国 Leeds 大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻 电机雏形。至U 1972年进一步对带半导体幵关的小功率电动机(10W1kW)进行了研究。 1975 年有了实质性的进展，并一直发展到可
10、以为 50kW 的电瓶汽 车提供装置。 1980 年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司 (SRD Ltd.) ， 专门进行SRD系统的研究、幵发和设计。1983年英国(SRD Ltd.)首先推出了 SRD系列产品，该产品命名为 OULTON。 1984年TASC驱动系统公司也推出 了他们的产品。 另外 SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统， 至 1986 年已运行 500km 。该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。在很多性能 指标上达至了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达至或超过了 工业中长期应用的一些变速传动系统。SRD 作为一种新型调速系统，兼有直流
11、传动和普通交流传动的优点，正逐 步应用在家用电器、一般工业、伺服与调速、牵引电动机、高速电动机、航天 器械与汽车辅助设备等领域。在发展初期，由于具有串励直流电动机的特性， SR 电动机较多的是在电力机车上作牵引用， 功率从几十千瓦至几百千瓦。 SRD 的应用范围当然不会仅仅局限于牵引运输。实际上，转速范围为1500 1800r/min 的 SRD 是与由 50H/60H 电源逆变器供电的异步电动机市场相适应 的，而 7503000r/min 的 SRD 则与传统直流电动机市场相适应。 另外， SRD 在低压、小功率的应用场合大大优于普通的异步电动机和直流电动机。比如， 使用 SRD 驱动风扇，
12、泵类、压缩机等，可在很大速度范围内实现高效率运行， 可明显地节能，并在短期内收回成本。经济型小功率 SRD 也有着广阔的市场。 我国大约在 1985 年才开始对 SRD 系统进行研究。 SRD 系统的研究已被列入我 国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。华中科技大学 开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用 SRD 的纯电动轿车， 在“十 五”项目中将 SRD 应用至混合动力城市公交车， 均取得了较好的运行效果。 纺 织机械研究所将 SRD 应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿牵引与电动车辆等，取 得了显著的经济效益。美国、加拿大、南斯拉夫、埃与等国家也都开展了SRD系统的研制
13、工作。1.2 开关磁阻电机的特点SRD 调速系统之所以被越来越多的人所关注，是因为其本身有许多自己的 特点和优点：(1) SRM 结构简单、优点较多SRM 是将电能转化为机械能的装置，有其突出的优点：首先，电机无碳刷 和换相器，转子上没有任何形式的绕组，制造成本低且转子的机械强度高，使 得电动机可高速运转而不致变形；另外转子转动惯量小，易于加、减速。在定 子方面，它只有几个集中绕组，线圈嵌装容易，端部短而牢固，因此制造简便， 绝缘结构简单，并且发热大部分在定子，易于冷却；其次，电机转矩方向与相 电流方向无关，在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率；再次，电 机起动转矩大，可靠性高，能适用
14、于危险的环境，且控制方式很灵活。(2) SRD 系统中功率电路结构简单可靠SR 电动机的转矩方向与绕组电流的方向无关，只需单方向来对绕组供电， 故功率电路结构简单，可以做到每相只需一个功率开关器件。只要控制主开关 器件的开通、关断时间，即可改变电动机的工作状态。另外，系统中每个功率 开关器件均直接与电动机绕组相串联，避免了直通短路现象。因此开关磁阻电 动机调速系统中功率电路的保护部分可以简化，既降低了成本，又具有较高的 可靠性。(3) SRD 系统效率高、起动转矩大SRD 系统是一种非常高效的调速系统。这是因为一方面电动机转子不存在 绕组铜耗，另一方面电动机可控参数多，灵活方便，易于在宽转速范
15、围和不同 负载下实现高效优化控制。其系统效率在很宽的速度范围内都在 87% 以上，这 是其它一些调速系统不易达到的。且电机起动时，只需从电源侧提供较少的电 流，就能在电动机侧得到较大的起动转矩。(4) SRD 系统可控参数多，控制方式简单 控制开关磁阻电动机的主要常用方法有以下几种：控制相绕组电压，控制 相电流幅值，控制开通角、关断角。可控参数多，意味着控制灵活方便，可以 根据对电动机的运行要求和电动机的情况，采用不同控制方法，使之有效的运 行。(5) SRD 系统可靠性高、适用范围广SR 电机不会发生感应电动机转子笼断裂或烧熔的故障，再加上 SR 电机采 用简单而坚固的转子结构，由单极性功率变换器供单方向电流激励，可做到磁路上各相相互独立和电路上各相相互独立，因此，该系统具有较高的运行可靠 性和容错能力。即使某相绕组或主开关管出现故障，电机依然能平稳运行，可 适用在可靠性要求较高的场合，如适合在高粉尘、易燃、易爆等恶劣环境下和 要求超高速等场合下运行，并可广泛地应用在纺织、造纸、煤矿、航空等领域。 如：造纸机、浆纱机、采煤机、矿用运输机、电牵引采煤机、电机车牵引与局 部风机和水泵等、家用电器和机器人上。当然，就目前的发展水平而言
