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四相开关磁阻电机新型T型功率变换器研究
汇报人：
2024-01-18
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目录
引言
四相开关磁阻电机基本原理与特性
新型T型功率变换器拓扑结构及工作原理
新型T型功率变换器控制策略与实现
实验结果与分析
01
引言
能源危机与环境保护
随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、节能、环保的电机驱动系统成为研究热点。四相开关磁阻电机作为一种新型电机，具有高效率、高功率密度、宽调速范围等优点，在电动汽车、风力发电等领域具有广阔的应用前景。
传统功率变换器的局限性
传统的功率变换器存在体积大、效率低、成本高等问题，难以满足四相开关磁阻电机高性能驱动的需求。因此，研究新型高效、紧凑、低成本的功率变换器对于推动四相开关磁阻电机的应用具有重要意义。
目前，国内外学者针对四相开关磁阻电机功率变换器开展了大量研究，主要集中在拓扑结构、控制策略、优化设计等方面。然而，现有研究大多局限于传统功率变换器的改进和优化，对于新型功率变换器的研究相对较少。
国内外研究现状
随着电力电子技术的不断发展，新型功率变换器拓扑结构不断涌现，如T型三电平功率变换器、模块化多电平功率变换器等。这些新型功率变换器具有高效率、高可靠性、低谐波等优点，为四相开关磁阻电机的高性能驱动提供了新的解决方案。
发展趋势
新型T型功率变换器拓扑结构研究：本文提出了一种新型T型功率变换器拓扑结构，并对其工作原理、性能特点进行详细分析。该拓扑结构具有结构简单、体积小、成本低等优点，适用于四相开关磁阻电机的高性能驱动。
控制策略研究：针对新型T型功率变换器的特点，本文设计了一种基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的控制策略，实现了对四相开关磁阻电机的高性能控制。同时，通过仿真和实验验证了控制策略的有效性和可行性。
优化设计研究：为了提高新型T型功率变换器的性能，本文对其进行了优化设计研究。通过改进拓扑结构、优化控制算法等手段，提高了功率变换器的效率、降低了谐波含量，进一步提升了四相开关磁阻电机的驱动性能。
实验验证与结果分析：为了验证本文所提新型T型功率变换器及其控制策略的有效性，本文搭建了实验平台并进行了实验验证。实验结果表明，所提新型T型功率变换器具有高效率、低谐波等优点，能够满足四相开关磁阻电机高性能驱动的需求。
02
四相开关磁阻电机基本原理与特性
四相开关磁阻电机由定子和转子组成，定子上有集中绕组，转子由导磁材料制成，无绕组、无永磁体。
基于“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，利用定、转子间气隙磁导的变化产生切向磁拉力，从而形成电磁转矩。
工作原理
定子与转子结构
描述电机各相绕组电压与电流、磁链之间的关系。
表示电机各相绕组磁链与电流之间的关系。
反映电机电磁转矩与电流、磁链之间的关系。
描述电机机械运动与电磁转矩、负载转矩之间的关系。
电压方程
磁链方程
转矩方程
运动方程
四相开关磁阻电机具有良好的调速性能，通过改变开通角和关断角可以实现宽范围的无级调速。
调速性能
转矩特性
效率特性
可靠性
四相开关磁阻电机的转矩脉动较小，且可通过控制策略进一步优化。
四相开关磁阻电机在高效区具有较宽的调速范围，效率较高。
由于四相开关磁阻电机结构简单、无刷、无永磁体，因此具有较高的可靠性和维护性。
03
新型T型功率变换器拓扑结构及工作原理
传统功率变换器拓扑
通常采用三相桥式或半桥式结构，通过控制开关管的导通与关断实现电机的驱动。
存在问题
传统拓扑结构在高压、大电流应用场合下，存在开关损耗大、效率低等问题。
在传统拓扑基础上进行改进，采用T型结构，增加了一个中点开关管，实现了更高效的能量传输。
新型T型功率变换器拓扑
新型拓扑结构具有更低的开关损耗、更高的效率和更宽的工作电压范围。
优势
通过控制中点开关管的导通与关断，实现电机相电流的正负向流动，从而驱动电机旋转。
工作原理
控制策略
性能分析
采用先进的控制算法，如PWM控制、SVPWM控制等，实现对电机的高性能驱动。
新型T型功率变换器具有高效率、高可靠性、低噪音等优点，适用于各种高性能电机驱动场合。
03
02
01
04
新型T型功率变换器控制策略与实现
电流斩波控制（CCC）
通过实时检测电机相电流，与预设的电流阈值进行比较，从而控制功率变换器的开关状态，实现电机电流的快速响应和精确控制。
电压PWM控制
采用脉冲宽度调制（PWM）技术，通过改变功率变换器输出电压的占空比，实现对电机电压和电流的有效控制，提高电机的运行效率和性能。
优化控制策略
针对四相开关磁阻电机的特点，结合电流斩波控制和电压PWM控制的优点，设计一种优化的控制策略，实现电机的高效、平稳运行。
控制算法设计
基于选定的控制策略，设计相应的控制算法，包括电流检测、比较、PWM信号生成等模块，实现对电机的精确控制。
仿真