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开关磁阻电动机调速系统是20世纪80年代发展起来的新型无级调速系统,它集微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术、电磁理论等为一体,其宽广的调速范围,良好的机械特性,卓越的起动和制动性能,以及高效节能等诸多突出优点,成为当今电气传动领域的热门课题之一。本项目是太原市科技局大学生创新创业专项项目“矿用隔爆型开关磁阻电动机测控系统研究"(项目编号:07010711),是针对煤矿井下刮板输送机重载起动困难,电流冲击大而提出的。本文是该项目的主要研究内容之一,进行了开关磁阻电动机的静态特性检测,建立了非线性仿真模型,设计了开关磁阻电动机调速系统的功率电路,并对调速系统进行仿真实验。
本文首先概述了开关磁阻电动机调速系统的发展状况、性能特点和研究现状,介绍了开关磁阻电动机的基本结构、工作原理以及数学模型,讨论了其控制模式和控制特点。针对本项目采用的7.5kW12/8极实验样机,对其转子位置的检测方法进行了实验,确定了转子位置信号与相电感之间的对应关系和换相逻辑。
针对开关磁阻电动机磁路存在严重的饱和性,难以建立参数化、解析化数学模型等问题,本文采用间接测量方法测取开关磁阻电动机的静态磁链特性,设计了基于DSP的开关磁阻电动机静态特性检测装置,利用TMS320LF2407型DSP作为下位机采集数据,通过其串口通信模块将数据传输给上位机,上位机在MATLAB环境中对采样数据进行分析、计算、曲线拟合,得出开关磁阻电动机的磁链特性、电感特性和静态转矩特性,并验证、分析了实验结果。
以实测的非线性电感特性为基础,建立了开关磁阻电动机的数学模型,设计了开关磁阻电动机调速系统的控制策略和控制算法,并对该开关磁阻电动机调速系统进行仿真实验。仿真结果表明:系统运行性能良好。该仿真结果将对本项目的后期研究工作具有重要的实际指导意义。
本文对开关磁阻电动机调速系统中功率变换器各种主电路形式及其优缺点进行讨论和比较,设计了适用于煤矿井下高压、大功率条件下的功率电路,并对功率器件进行了参数计算和选型。同时研制了以EXB841专用集成驱动器为核心的IGBT的驱动电路,并通过实验实现了对IGBT的驱动控制。