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歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制
在我國(guó)加速轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(dòng)機(jī)的用電量占全國(guó)工業(yè)用電量的2/3,發(fā)展高效電機(jī)是目前國(guó)家中小型電機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn),OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)作為高效調(diào)速節(jié)能電機(jī)從九十年代就開(kāi)始在我國(guó)作為工業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn),然而幾十年來(lái)振動(dòng)、噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)一直制約著OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用和推廣OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)力的一種調(diào)速電動(dòng)機(jī),在我國(guó)己成功地應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、油田煤炭機(jī)械、鍛壓機(jī)械、家用電器和紡織機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域。

歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制
由于轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永磁體或繞組,OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有較高的可靠性,適合應(yīng)用于很多惡劣的環(huán)境或場(chǎng)合。在性能方面,OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有頻繁正反轉(zhuǎn)、調(diào)速性能好、過(guò)載能力強(qiáng)、在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)效率高等優(yōu)點(diǎn)。然而由于其雙凸極結(jié)構(gòu)、控制特點(diǎn)以及磁路飽和和非線性的影響,OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲、振動(dòng)以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比永磁電機(jī)和異步電機(jī)都要高,如何降低噪聲和振動(dòng)一直以來(lái)都是OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。分別從OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)的磁路解析計(jì)算、新型的高精度位置檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)、電機(jī)控制策略設(shè)計(jì)、以及電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面入手,系統(tǒng)的提出抑制電機(jī)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的設(shè)計(jì)方案,具有一定的工程意義和理論價(jià)值。首先闡述了本課題的研究目的和意義,然后介紹了OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,主要包括開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的方法、基于磁場(chǎng)分割法的電機(jī)磁路分析以及OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法這三個(gè)領(lǐng)域,其中著重介紹了抑制電機(jī)振動(dòng)的電機(jī)本體設(shè)計(jì)方法和削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制策略。在中提出一種在轉(zhuǎn)子齒兩側(cè)開(kāi)槽的方法,通過(guò)改變轉(zhuǎn)子齒形來(lái)改變轉(zhuǎn)子表面氣隙磁密的方向,減小氣隙徑向磁密,同時(shí)增大切向磁密。由麥克斯韋張量法可知,電機(jī)的徑向力波可以得到有效抑制,達(dá)到減小電磁振動(dòng)的目的。隨后比較了轉(zhuǎn)子齒單側(cè)開(kāi)槽、兩側(cè)開(kāi)槽和極靴型轉(zhuǎn)子三種開(kāi)槽方式,通過(guò)有限元分析可知背離旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)的開(kāi)槽對(duì)電機(jī)性能沒(méi)有影響,兩側(cè)開(kāi)槽時(shí)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(dòng)稍大,但是三種開(kāi)槽方式的徑向力波峰值相同。中研究了開(kāi)槽寬度、開(kāi)槽深度和齒頂高度這三個(gè)關(guān)鍵尺寸對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、徑向力波和平均轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律,通過(guò)有限元分析獲得樣機(jī)的*開(kāi)槽尺寸。隨后將橢圓磁路法和拋物線磁路法計(jì)算的徑向力波抑制百分比與有限元分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,由于沒(méi)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(jì)算結(jié)果更接近有限元分析。zui后進(jìn)行了轉(zhuǎn)子開(kāi)槽樣機(jī)(開(kāi)槽參數(shù)由確定)和普通樣機(jī)的振動(dòng)對(duì)比測(cè)試,轉(zhuǎn)子開(kāi)槽樣機(jī)的振動(dòng)加速度明顯小于普通樣機(jī),但是電機(jī)效率有略微的下降,實(shí)測(cè)的徑向力波抑制百分比與解析計(jì)算的結(jié)果接近,表明提出的方法是有效、準(zhǔn)確的。試驗(yàn)同時(shí)驗(yàn)證了提出的通過(guò)轉(zhuǎn)子開(kāi)槽抑制電機(jī)振動(dòng)的方法。中使用磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的位置檢測(cè),設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)變壓器位置檢測(cè)裝置,可為旋轉(zhuǎn)變壓器提供勵(lì)磁信號(hào),還可以輸出zui大16384脈沖／周的增量式編碼器位置信號(hào)和模擬光電OMAL開(kāi)關(guān)的位置信號(hào),能夠提高OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)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(shí)轉(zhuǎn)矩控制的新方法,將電機(jī)模型的轉(zhuǎn)矩-位置角平面的曲線,通過(guò)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(dá)式,得到電機(jī)的斬波限流值和瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的映射函數(shù),通過(guò)控制電流實(shí)現(xiàn)OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制,可以降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制
這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于電流-轉(zhuǎn)矩映射函數(shù)簡(jiǎn)潔,計(jì)算量較少,適合于實(shí)時(shí)控制,有利于降低嵌入式控制系’統(tǒng)的資源占用率。通過(guò)有限元法驗(yàn)證了本控制策略。在設(shè)計(jì)了OMAL開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng),可以進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速并實(shí)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(kāi)關(guān)的功率驅(qū)動(dòng)板。詳細(xì)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(jìn)行了前文的樣機(jī)測(cè)試。