盘式电机的变频器研究

论文摘要

1821年,法拉弟发明了世界上第一台盘式异步电动机。因为它的绕组沿着盘状电枢铁心在径向放置,所以会产生沿轴向的气隙磁通,轴向磁场电机也因此得名。但在当时此种电机的定转子铁心的制造又十分的困难,并且会造成齿槽宽度分布的不均；还有就是在运行时定转子之间会产生很大的轴向电磁吸力,使轴承的效率降低,负荷增大,寿命缩短,并且机械损耗也增加。所以在柱式异步电机出现以后,盘式电机就受到了冷落。一百多年来,柱式电机一直具有很明显的优势。但是径向磁场电机也存在一些固有缺点,比如齿根处有狭窄的“瓶颈效应”,转子铁心利用率不高,转子的散热条件也不好等问题,就要求从外形上加以改进,从而促进电机的进步。特别是在铁心材料的利用上面,柱式电机仅仅能达到70%-75%,而盘式电机就可以达95%以上。于是盘式电机就再度受到了重视。随着人民生活水平的提高和现代工业的发展,对电气器具及电机提出了薄型化及小型化的要求。结构扁平的特点使得盘式电机近年来又迅速的发展起来,并且有广泛应用的趋势。特别是在计算机的定转子铁心自动冲卷机的问世后,盘式电机制造的关键工艺装备问题得到了解决,使其多种结构设计及批量生产成为了可能,因而也同时促进了盘式电机的推广和应用。本文通过对盘式电机进行分析,建立了盘式电机的T型等效电路和在不同坐标系下的数学模型,并在Simulink中使用两种不同的方法对盘式电机进行仿真分析,得到了较为理想的结果。在硬件方而首先设计了逆变器的驱动电路板,控制电路应用三星的TE2440-Ⅱ,整个硬件系统运行可靠。并且给出了各种重要元器件的参数计算。在软件设计方面首先选择了SPWM的设计方法,然后给出了ARM的控制程序。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 盘式电机的发展情况及研究现状
• 1.2 变频器和PWM控制技术
• 1.3 课题意义
• 2 盘式异步电机的恒压频比控制和矢量控制仿真
• 2.1 盘式电机的结构特点和概况
• 2.1.1 盘式电机的概况与特点
• 2.1.2 盘式感应电机的结构特点
• 2.2 第一类横向边端效应的处理
• 2.3 第二类横向边缘效应的处理
• 2.4 T型等效电路的建立
• 2.5 恒压频比控制仿真
• 2.6 SPWM逆变电路
• 3 盘式电机的矢量控制仿真
• 3.1 坐标变换
• 3.1.1 三相静止到两相静止的变换
• 3.1.2 静止两相-旋转正交变换
• 3.2 盘式电机不同坐标系下的数学模型
• 3.3 空间矢量PWM技术
• 3.4 MATLAB/Simulink搭建的仿真模型
• 4 系统总体方案和电源驱动板的设计
• 4.1 主回路的设计
• 4.2 整流电路和滤波电路的设计
• 4.3 主开关管的选择和计算
• 4.3.1 IPM的参数计算及型号确定
• 4.3.2 IPM自保护的特点
• 4.4 IPM驱动电路的设计
• 4.5 封锁PWM控制信号保护
• 5 控制板的设计
• 5.1 TE2440-Ⅱ开发板硬件资源
• 5.2 硬件资源分配
• 5.2.1 地址空间分配以及片选信号定义
• 5.2.2 系统存储器
• 5.2.3 JTAG及复位逻辑
• 5.2.4 复位电路
• 5.3 TE2440-Ⅱ支持的操作系统
• 5.3.1 硬件层
• 5.3.2 OEM层
• 5.3.3 操作系统层
• 5.3.4 应用层
• 6 软件的设计
• 6.1 PWM技术简介
• 6.2 SPWM算法原理
• 6.2.1 SPWM的软件生成法
• 6.2.2 自然采样法
• 6.2.3 规则采样法
• 7 实验装置及结果
• 7.1 实验装置
• 7.2 实验结果
• 8 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集