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《浙江大学》 2002年 博士论文
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新型半导体换流低速磁阻电动机的研究

史涔(氵山一几攵)  
【摘要】:本文首次提出了一种新型结构原理的低速大力矩电动机-半导体换流低速磁阻电动机(SCLRM)。该种电机无需任何减速机构,仅由六只二极管构成的变流器与传统磁阻型低速同步电动机相结合,既保留了传统磁阻型低速电机结构工艺简单的优点,又克服了传统磁阻型低速电机难以输出大转矩的局限,为直接驱动的低速大力矩电动机的研究开辟了一条新的途径。在本文中对该新型电机的运行机理、设计特点、磁场分布、稳态运行性能及调速控制系统进行了系统的理论分析和实验研究,为发展这类电机奠定了坚实的理论和实践基础。 在介绍电机结构的基础上,深入分析了SCLRM在三相交流电源下的自激换流工作原理。通过分析SCLRM的气隙磁导和气隙磁场,推导出SCLRM低速同步的条件和定转子可行的齿配合关系。建立了SCLRM在多相坐标系和复变量坐标系下的数学模型,并依据所提出线性磁网络模型推导出了绕组电感参数的计算公式。利用虚位移原理推导出了SCLRM中的磁场能量和电磁转矩的计算方法,并详细分析了电磁转矩产生的物理本质。 全面分析了SCLRM的设计特点,在此基础上给出了线性假定下SCLRM的工程计算方法。对样机的计算值和实验值进行对比分析表明,本文中的计算方法满足工程精度的要求。 采用二维有限元法,详细计算了不同转子位置时SCLRM的磁场分布和一个极下不同转子位置时的气隙磁密分布,分析了该新型电机的磁场性质及分布特点,并对样机的电感特性进行了深入分析和计算。 根据SCLRM独特的绕组结构,采用与普通三相桥式电路不同的逆变电路,研制了SCLRM开环变频调速系统,并在样机上进行了实验研究,结果表明,SCLRM具有近似恒功率调速特性。另外文中也给出了一种闭环控制方案。 建立了基于PSPICE的系统仿真模型,对SCLRM在自激方式和逆变器驱动方式下的稳态运行特性进行了仿真计算,分析了电机参数及驱动方式对稳态电压、电流及电磁转矩的影响。另外,从能量的观点仿真分析了SCLRM动态转矩波动的主要原因。仿真结果与样机实验结果相符,说明SCLRM稳态仿真模型能满足一定的精度要求。


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