高速開關磁阻電機的關鍵技術研究與實踐.pdf

1、隨著科技水平的發(fā)展，航空航天、能源、精密制造等諸多領域對高轉速電機的需求越來越多。電機轉速的大幅提升有利于提高電機的功率密度，減小設備的體積重量。因此，高速/超高速電機在軍事和民用領域應用越來越廣泛，已成為當今國際電工界的研究熱點。
　　 開關磁阻電機（SRM）是近年來隨著電力電子技術和控制技術的發(fā)展而逐漸完善起來的一種新型調速電機。由于SRM定轉子均為凸極實心疊片結構，定子上繞有集中繞組，轉子上無繞組、永磁材料及鼠籠線圈，具有

2、結構簡單堅固、成本低、可靠性高的特點，因此在許多工業(yè)調速領域獲得了廣泛應用。SRM的轉子結構可以承受很高的機械應力，特別適合高轉速要求，能適應高溫等惡劣環(huán)境，在航空航天、高速加工等高速/超高速領域應用具有獨特優(yōu)勢。
　　 本文主要致力于高速SRM系統(tǒng)的理論和應用基礎研究，目標是為高速SRM的系統(tǒng)設計和工程應用提供較為完整的基本理論和關鍵技術支撐。在對前人成果的廣泛了解和深入研究的基礎上，本文以高速SRM電機本體的多參數(shù)綜合設計、

3、功率變換器主電路、專用集成電路等核心關鍵技術為突破口，對高速SRM在機理研究、樣機研制、實驗研究和工程應用中存在的關鍵技術難題進行了系統(tǒng)研究，建立了高速SRM研究與實驗的技術平臺。
　　 針對高速SRM的運行特點，本文在常規(guī)SRM的電磁設計流程的基礎上，基于電磁、鐵損、應力、轉子振動等多物理場的有限元計算，構建了包括電磁設計、損耗計算、結構應力分析、轉子動力學分析在內的高速SRM電機本體的多參數(shù)綜合設計方法，成功研制了三種高速S

4、RM實驗樣機，為高速SRM的電機本體設計奠定了理論基礎。結合高速SRM樣機的研究與實驗需要，本文還對高速SRM的電磁性能優(yōu)化、轉子結構應力及動力學性能分析、鐵損及風阻損耗計算等關鍵技術進行了理論和實驗研究。
　　 分析了不對稱半橋式主電路、裂相式主電路等典型SRM功率變換器主電路的優(yōu)缺點，對適合于高速SRM的功率變換器主電路拓撲進行了探討，分析了典型功率變換器主電路拓撲對SRM換相性能的影響，并對傳統(tǒng)的雙開關式不對稱半橋主電路進

5、行了改進，提出了一種可提高電機換相性能的三開關式不對稱半橋主電路拓撲，并在一臺SRM實驗樣機上，對雙開關式主電路和三開關式主電路進行仿真分析和對比實驗。
　　 成功研制了國內第一片SRM控制專用集成電路SR3P10K07A，介紹了SR3P10K07A的設計思路和設計過程，較為詳細的介紹了該芯片中各功能模塊的實現(xiàn)算法，并基于硬件電路對該芯片進行了邏輯功能驗證?；赟R3P10K07A，本課題還設計制作了通用的SRM數(shù)字控制器，并在

6、多臺高速SRM樣機中獲得了成功應用。
　　 此外，本文分別對三種高速SRM樣機進行了實驗研究和工程應用。其中，樣機Ⅰ的最高轉速達到了136,000r/min，成功實現(xiàn)了該樣機的超高速運行；作為高速原動機，樣機Ⅰ還在南京航空航天大學微型發(fā)動機研究所開發(fā)的氣浮軸承性能測試平臺中獲得了成功應用；對分別采用常規(guī)凸極轉子和圓柱復合型轉子這兩種不同轉子結構的樣機Ⅱ進行了空載實驗，對比了兩種轉子結構的風阻損耗；樣機Ⅲ在常州新羅特數(shù)控機械有限公