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基于四电平功率变换器的开关磁阻发电机系统的研究

作　者: 高东东
导　师: 李珍国
学　校: 燕山大学
专　业: 电机与电器
关键词: 开关磁阻发电机不对称半桥功率变换器四电平功率变换器输出功率
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor，简称SRM）具有结构坚固、简单、可控参数多、调速范围宽、容错能力强的优点，并且随着电力电子技术的发展以及风力发电的兴起，使开关磁阻电机不仅在传动调速领域得到了广泛的应用，也使开关磁阻电机在发电领域受到了越来越多的重视，成为近几年来国内外研究的热点。开关磁阻发电机（SwitchedReluctanceGenerator，简称SRG）系统典型的功率变换器是不对称半桥功率变换器。当电机转速较低时，其运动电动势会小于发电电压，从而导致相电流在发电阶段不能够继续增加，得不到理想的电流波形，降低电机的利用率和系统的能量转化率。针对不对称半桥功率变换器的不足，为了增加系统的输出功率，在不对称半桥功率变换器的基础上改进得到了一种新型的功率变换器——四电平功率变换器。在四电平功率变换器中，励磁阶段采用两个电压源对电机绕组进行励磁，发电阶段则根据具体的情况选择是使用一个电压源还是两个电压源。与不对称半桥功率变换器相比，在角度位置控制（AnglePositionControl，简称APC）方式下，四电平功率变换器可以增加最后的励磁电流，使相电流在较低转速时也能得到理想的电流波形；在电流斩波控制（CurrentChoppingControl，简称CCC）方式下，可以实现快速励磁，减少电机的励磁时间，延长电机的发电区域，增加开关磁阻发电机的输出功率，提高系统的转换效率。CCC方式是目前SRG控制中采用的较为普遍的一种控制方式，故在本文的研究中，对SRG的研究采用的是CCC方式。本文以四相8/6极开关磁阻发电机系统为研究对象，通过MATLAB/mfile仿真软件对不同功率变换器驱动的开关磁阻发电机系统进行了仿真对比，搭建了基于四电平功率变换器的SRG系统的实验平台。从仿真对比结果中可以清晰的看出，在CCC方式下，四电平功率变换器驱动的开关磁阻发电机系统能够减少相绕组的励磁时间，实现快速励磁，延长电机的发电区域，增加系统的输出功率，同时也验证了所提出的四电平功率变换器的正确性和可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 开关磁阻电机的发展以及在发电领域的前景  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-16
第2章典型的开关磁阻发电机系统  16-27
  2.1 开关磁阻发电机系统的组成  16-17
  2.2 开关磁阻发电机的基础理论  17-21
    2.2.1 开关磁阻电机的工作原理  17-18
    2.2.2 开关磁阻发电机的数学模型  18-21
  2.3 不对称半桥功率变换器的应用  21-22
    2.3.1 不对称半桥功率变换器的拓扑结构  21
    2.3.2 不对称半桥功率变换器的工作状态  21-22
  2.4 开关磁阻发电机的控制方式  22-26
    2.4.1 角度位置控制（APC）方式  23
    2.4.2 电流斩波控制（CCC）方式  23-25
    2.4.3 脉宽调制控制（PWM）方式  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章基于四电平功率变换器的开关磁阻发电机系统  27-34
  3.1 课题提出的理由和目的  27-28
  3.2 四电平功率变换器的应用  28-32
    3.2.1 四电平功率变换器的电路拓扑结构  28-29
    3.2.2 四电平功率变换器的工作状态  29-32
  3.3 四电平功率变换器与不对称半桥功率变换器的对比  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章系统仿真及分析  34-54
  4.1 开关磁阻发电机仿真  34-38
    4.1.1 线性模型仿真  34-35
    4.1.2 非线性模型仿真  35-38
  4.2 典型的开关磁阻发电机系统的仿真及分析  38-47
    4.2.1 开关磁阻发电机基本控制方式仿真  38-44
    4.2.2 开关磁阻发电机系统仿真  44-47
  4.3 基于四电平功率变换器的开关磁阻发电机系统的仿真及分析  47-50
  4.4 不同功率变换器驱动的开关磁阻发电机系统的仿真对比  50-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章开关磁阻发电机系统设计及实验结果  54-68
  5.1 硬件电路设计  54-60
    5.1.1 主电路设计  54-56
    5.1.2 驱动电路结构设计  56
    5.1.3 检测电路结构设计  56-60
  5.2 系统软件设计  60-63
    5.2.1 系统初始化及主程序设计  60-61
    5.2.2 中断程序设计  61-63
  5.3 实验结果及分析  63-67
    5.3.1 不同控制方式下的开关磁阻发电机实验  63-66
    5.3.2 开关磁阻发电机系统的闭环实验  66-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  74-75
致谢  75-76
作者简介  76

基于四电平功率变换器的开关磁阻发电机系统的研究

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