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歐瑪爾OMAL開關(guān)磁阻電機的振動和轉(zhuǎn)矩脈動抑制
在我國加速轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的背景下,節(jié)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用成為工業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。工業(yè)電動機的用電量占全國工業(yè)用電量的2/3,發(fā)展高效電機是目前國家中小型電機產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點,OMAL開關(guān)磁阻電機作為高效調(diào)速節(jié)能電機從九十年代就開始在我國作為工業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn),然而幾十年來振動、噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動一直制約著OMAL開關(guān)磁阻電機在我國的應(yīng)用和推廣OMAL開關(guān)磁阻電機因其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、效率高、成本低等優(yōu)點而成為當前競爭力的一種調(diào)速電動機,在我國己成功地應(yīng)用于電動車驅(qū)動、油田煤炭機械、鍛壓機械、家用電器和紡織機械等各個領(lǐng)域。

歐瑪爾OMAL開關(guān)磁阻電機的振動和轉(zhuǎn)矩脈動抑制
由于轉(zhuǎn)子上沒有永磁體或繞組,OMAL開關(guān)磁阻電機具有較高的可靠性,適合應(yīng)用于很多惡劣的環(huán)境或場合。在性能方面,OMAL開關(guān)磁阻電機具有頻繁正反轉(zhuǎn)、調(diào)速性能好、過載能力強、在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)效率高等優(yōu)點。然而由于其雙凸極結(jié)構(gòu)、控制特點以及磁路飽和和非線性的影響,OMAL開關(guān)磁阻電機的噪聲、振動以及轉(zhuǎn)矩脈動比永磁電機和異步電機都要高,如何降低噪聲和振動一直以來都是OMAL開關(guān)磁阻電機領(lǐng)域研究的熱點。分別從OMAL開關(guān)磁阻電機的新結(jié)構(gòu)設(shè)計、改進的磁路解析計算、新型的高精度位置檢測裝置設(shè)計、電機控制策略設(shè)計、以及電機控制系統(tǒng)設(shè)計等方面入手,系統(tǒng)的提出抑制電機振動和轉(zhuǎn)矩脈動的設(shè)計方案,具有一定的工程意義和理論價值。首先闡述了本課題的研究目的和意義,然后介紹了OMAL開關(guān)磁阻電機相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,主要包括開關(guān)磁阻電機的振動和轉(zhuǎn)矩脈動抑制的方法、基于磁場分割法的電機磁路分析以及OMAL開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)子位置檢測方法這三個領(lǐng)域,其中著重介紹了抑制電機振動的電機本體設(shè)計方法和削弱轉(zhuǎn)矩脈動的控制策略。在中提出一種在轉(zhuǎn)子齒兩側(cè)開槽的方法,通過改變轉(zhuǎn)子齒形來改變轉(zhuǎn)子表面氣隙磁密的方向,減小氣隙徑向磁密,同時增大切向磁密。由麥克斯韋張量法可知,電機的徑向力波可以得到有效抑制,達到減小電磁振動的目的。隨后比較了轉(zhuǎn)子齒單側(cè)開槽、兩側(cè)開槽和極靴型轉(zhuǎn)子三種開槽方式,通過有限元分析可知背離旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)的開槽對電機性能沒有影響,兩側(cè)開槽時正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可以獲得相同效果,極靴型轉(zhuǎn)子齒的轉(zhuǎn)矩脈動稍大,但是三種開槽方式的徑向力波峰值相同。中研究了開槽寬度、開槽深度和齒頂高度這三個關(guān)鍵尺寸對轉(zhuǎn)矩脈動、徑向力波和平均轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律,通過有限元分析獲得樣機的*開槽尺寸。隨后將橢圓磁路法和拋物線磁路法計算的徑向力波抑制百分比與有限元分析的結(jié)果進行對比,由于沒有考慮飽和、漏磁等因素的影響,磁路法獲得的結(jié)果比有限元法整體偏大,拋物線弧的磁路計算結(jié)果更接近有限元分析。zui后進行了轉(zhuǎn)子開槽樣機(開槽參數(shù)由確定)和普通樣機的振動對比測試,轉(zhuǎn)子開槽樣機的振動加速度明顯小于普通樣機,但是電機效率有略微的下降,實測的徑向力波抑制百分比與解析計算的結(jié)果接近,表明提出的方法是有效、準確的。試驗同時驗證了提出的通過轉(zhuǎn)子開槽抑制電機振動的方法。中使用磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器進行OMAL開關(guān)磁阻電機的位置檢測,設(shè)計了旋轉(zhuǎn)變壓器位置檢測裝置,可為旋轉(zhuǎn)變壓器提供勵磁信號,還可以輸出zui大16384脈沖／周的增量式編碼器位置信號和模擬光電OMAL開關(guān)的位置信號,能夠提高OMAL開關(guān)磁阻電機的控制精度,可滿足高精度伺服控制的要求。在中提出一種基于電流追蹤的瞬時轉(zhuǎn)矩控制的新方法,將電機模型的轉(zhuǎn)矩-位置角平面的曲線,通過曲線擬合的數(shù)值分析方法構(gòu)建不同電流下的轉(zhuǎn)矩曲線族表達式,得到電機的斬波限流值和瞬時轉(zhuǎn)矩的映射函數(shù),通過控制電流實現(xiàn)OMAL開關(guān)磁阻電機的瞬時轉(zhuǎn)矩控制,可以降低轉(zhuǎn)矩脈動。

歐瑪爾OMAL開關(guān)磁阻電機的振動和轉(zhuǎn)矩脈動抑制
這種方法的優(yōu)點在于電流-轉(zhuǎn)矩映射函數(shù)簡潔,計算量較少,適合于實時控制,有利于降低嵌入式控制系’統(tǒng)的資源占用率。通過有限元法驗證了本控制策略。在設(shè)計了OMAL開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng),可以進行電機的調(diào)速并實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法,系統(tǒng)包括基于F2812 DSP的主控板和以IGBT作為功率OMAL開關(guān)的功率驅(qū)動板。詳細闡述了系統(tǒng)的主要硬件電路和軟件功能。使用本控制系統(tǒng)進行了前文的樣機測試。