目 录
摘要.........................................................................................................................I ABSTRACT..............................................................................................................II 目 录......................................................................................................................IV 第一章绪论. (1)
1.1 课题研究背景及意义 (1)
1.2 电动工具中电机研究现状 (2)
1.3 高速电机国内外工程实践情况 (3)
1.4 本文的主要内容及章节安排 (4)
第二章SR电机基本理论 (6)
2.1 SR电机的基本结构和工作原理 (6)
2.2 SR电机的数学模型 (8)
2.2.1 SR电机的基本方程 (9)
2.2.2 SR电机的线性分析 (10)
2.3 SR电机的控制策略 (15)
2.3.1 电流斩波控制（CCC） (15)
2.3.2 角度位置控制（APC） (16)
2.3.3 电压斩波PWM控制 (16)
2.4 本章小结 (16)
第三章电动工具用高速SR电机设计 (18)
3.1 高速SR电机结构选取 (18)
3.2 高速SR电机本体设计 (19)
3.2.1 主要尺寸计算 (19)
3.2.2 绕组参数设计 (20)
3.2.3 电机其他尺寸确定 (21)
3.3 高速SR电机电磁性能分析 (23)
3.3.1 基于等效磁路分析 (23)
3.3.2 二维静态磁场分析 (26)
3.3.3 二维瞬态磁场分析 (28)
3.4 绕组连接方式对电机性能的影响 (30)
3.5 本章小结 (32)
第四章高速SR电机功率变换器主电路研究 (33)
4.1 SR电机功率变换器主电路结构 (33)
4.1.1 不对称半桥式主电路 (33)
4.1.2 电容分压式主电路 (34)
4.1.3 公共开关型主电路 (35)
4.1.4 双绕组式主电路 (36)
4.1.5 四电平功率变换器主电路 (37)
4.2 高速SR电机功率变换器主电路选择 (38)
4.2.1 功率变换器主电路选用原则 (38)
4.2.2 功率变换器主电路换相性能分析 (39)
4.2.3 本实验系统功率变换器主电路选取 (40)
4.3 高速SR电机功率变换器主电路硬件设计 (40)
4.4 三开关功率变换器主电路 (42)
4.4.1 三开关功率变换主电路工作原理 (42)
4.4.2 三开关功率变换主电路性能仿真分析 (44)
4.5 本章小节 (46)
第五章高速SR电机控制系统硬件设计及样机实验 (47)
5.1 系统平台总体结构框图 (47)
5.2 控制系统硬件电路设计 (47)
5.2.1 驱动电路设计 (48)
5.2.2 辅助电源电路设计 (50)
5.2.3 位置信号检测电路设计 (52)
5.2.4 电流检测及保护电路设计 (54)
5.2.5 速度闭环及PWM调压电路设计 (56)
5.3 实验结果及分析 (58)
5.3.1 高速SR电机负载运行实验 (59)
5.4 本章小结 (61)
第六章全文工作总结及展望 (62)
6.1 全文工作总结 (62)
6.2 进一步研究展望 (63)
参考文献 (64)
攻读硕士学位期间主要研究成果 (67)
致谢 (68)
硕士学位论文
第一章绪论
1.1 课题研究背景及意义
电动工具是以电磁铁或者电动机作为动力，并经过传动机构来驱动工作头进行工作的机械化工具，通常分为手持式和可移式两种形式。电动工具结构轻巧、携带使用方便、安全可靠。它和手动工具相比较，可使生产效率提高数倍到数十倍，可以较大程度上减轻操作者劳动强度，从而提高工作效率，已被广泛应用到国民经济的各个领域[1]。
研究开发功率密度较大，效率较高，调速范围较宽的驱动系统是电动工具实现安全可靠运行的关键。国内外电气领域的专家们对电动工具用高速电机做了很多研究。通常有多种电机类型，如直流串激电机、交流串激电机、永磁无刷直流电机、交流变频异步电机等电机类型[2]。它们各有优缺点。在实际选择电机类型时，需要对电机电磁和机械特性、控制方式、功率变换系统以及成本等方面进行综合比较研究。目前在电动工具驱动系统中较少采用开关磁阻电机作为驱动电机，因而研究高速开关磁阻电机及其驱动系统，并将其应用到电动工具中，具有重要的现实意义。选用开关磁阻电机作为电动工具驱动源在结构、制造工艺、控制和性能以及成本方面具有独特优势，主要表现在：（1）开关磁阻电机没有电刷和换相器，可实现高速可靠运行。同时在功率不变的情况下，高转速可实现电机的轻量化，有利于节约成本；（2）开关磁阻电机具有比其他类型驱动系统更宽的效率范围，可以提高电动工具的使用时限；（3）开关磁阻电机很容易实现电动工具的正向电动、正向制动、反向电动、反向制动的四象限运行，而且高速运转时制动能力较强；（4）开关磁阻电机调节方便，通过改变开通角和关断角，即可实现恒速运行、软性起动以及过载等保护功能。而且也可容易实现它励直流电机驱动系统的相同的性能。此外SR电机控制为纯逻辑方式，智能化方便，能够达到电动工具各种运行工况要求；（5）开关磁阻电机自身结构和控制电路简单可靠，成本低廉，适应环境能力强，使用中较少需要维护。以上这些优良特性使得SR 电机可以替代直、交流串激电机、变频调速异步电机以及永磁无刷直流电机驱动系统而成为新一代电动工具驱动系统。采用SR电机驱动系统不仅可以提高电动工具的使用寿命，还可以减少电机的体积重量，很适合电动工具在各种工况下的