开关磁阻发电机优化设计的研究

开关磁阻发电机优化设计的研究

摘要：本文以开关磁阻发电机的优化设计的研究为主要研究内容。

首先，对开关磁阻发电机系统的结构和运行机理做了较为完整的阐述。系统的研究了开关磁阻电机发电运行和控制机理，指出了开关磁阻电机作为发电机所具有的独特性，并明确的提出了SRG电机具有自励发电与他励发电两种运行模式概念。

其次，建立了开关磁阻发电机的线性模型，研究并分析，得出了重要的结论。为对开关磁阻发电机的进一步研究奠定了基础。

其三，对任务书中给定的开关磁阻发电机的基本数据在确定开关磁阻发电机电磁方案的基础上进行了基本的电机参数和性能计算。为对其优化设计奠定了基础。

其四，设计了开关磁阻发电机系统的各部分硬件元件，对其功能也进行了阐述。为开关磁阻发电机系统的控制策略的实施奠定了基础。 

其五，对开关磁阻发电机的优化设计进行了分析。

关键词：开关磁阻发电机   励磁模式   发电运行   数学模型   优化设计

目    录

摘   要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章  开关磁阻发电机系统结构与运行机理 1

    1.1开关磁阻发电机系统的基本原理 1

       1.1.1开关磁阻发电机系统的结构 1

           1.1.1.1开关磁阻发电机SRG 1

           1.1.1.2功率变换器 2

           1.1.1.3控制器 2

           1.1.1.4位置、电流检测器 3

       1.1.2开关磁阻发电机的运行机理 3

           1.1.2.1转矩产生原理 4

           1.1.2.2电路分析 4

           1.1.2.3能量转换关系 5

1.2开关磁阻发电机励磁模式 6

1.3功率变换器的拓扑结构 7

1.4开关磁阻发电机系统控制方式 8

  1.4.1角度控制方式(APC) 9

  1.4.2电流斩波方式(CCC) 9

  1.4.3PWM控制方式 10

1.5开关磁阻发电机转子位置检测 11

第2章  开关磁阻发电机的数学建模 12

    2.1开关磁阻发电机线性数学模型 12

       2.1.1电感与转子角度位置的关系 12

       2.1.2相电流与能量分析 13

           2.1.2.1相电流分析 13

           2.1.2.2能量分析 16

    2.2开关磁阻发电机非线性数学模型 17

       2.2.1自励发电模式与他励发电模式的比较 17

    2.3小结 18

第3章  开关磁阻发电机电磁设计方案的确定 20

    3.1极数、相数和极弧 20

       3.1.1极狐确定的必要条件 20

       3.1.2极弧对电机特性影响的线性分析 21

    3.2结构参数对转矩波动的影响 22

    3.3主要尺寸与电磁负荷的关系 22

    3.4主要尺寸的确定 24

    3.5其它参数的确定 26

       3.5.1绕组端电压 26

       3.5.2气隙 26

       3.5.3转子轭高 27

       3.5.4轴径 27

       3.5.5定子轭高 27

       3.5.6定子槽深 27

       3.5.7每相绕组串联匝数 27

       3.5.8电流密度和槽满率 28

第4章  开关磁阻发电机电磁计算程序 29

    4.1给定数据 29

    4.2相数、极数和绕组端电压 29

    4.3主要尺寸的选择 29

    4.4其它结构尺寸和绕组匝数 30

    4.5对齐位置和不对齐位置磁化曲线的计算 32

    4.6电流及转矩计算 33

    4.7绕组设计 33

    4.8参数计算 35

第5章  开关磁阻发电机系统设计及控制策略的实施 37

    5.1开关磁阻发电机系统的硬件设计 37

       5.1.1功率变换器的设计 47

       5.1.2位置传感器的设计 40

       5.1.3电流传感器的设计 40

       5.1.4控制器的设计 41

    5.2开关磁阻发电机系统控制策略的实施 43

       5.2.1电流闭环控制 43

       5.2.2功率闭环控制 44

第6章  开关磁阻发电机优化设计分析 46

    6.1目标函数 46

    6.2优化变量 46

    6.3约束条件 46

    6.4优化点的确定 47

    6.5控制参数的处理 48

    6.6性能计算和优化方法 49

参考文献 51

致谢 52

附录 53