● 摘要
高速永磁无刷直流电机由于转子不存在任何机械摩擦，与采用机械轴承的电机相比具有摩擦力矩小、能量密度大、运行效率高、寿命长等优点，正逐渐成为高速电机未来的发展方向。针对本实验室设计研制的高速永磁无刷直流电机的特殊性，控制策略上采用硬开关BUCK电路，但是硬开关BUCK电路工作过程会产生严重的电磁干扰（EMI）和开关损耗，影响整体系统的可靠性，降低整体系统的效率。软开关技术的出现解决了这一系列问题，软开关技术就是指通过辅助的谐振电路使开关管开通前电压先降为零或者关断前电流先降为零，这样就实现了在零电压情况下开通或者在零电流条件下关断，从而可以降低开关功率损耗，减少了噪声污染和电磁干扰。本论文以财政部重大科技成果转化项目为背景，针对高速永磁无刷直流电机软开关电路开展了研究。本论文主要完成的工作：（1） 介绍了高速永磁无刷直流电机的发展趋势及应用场合，并重点介绍了实验室所设计的高速永磁无刷直流电机的结构特点和控制策略，针对高速永磁无刷直流电机控制策略上所采用BUCK电路所产生的问题，需要用软开关技术进行解决，进而详细的介绍了软开关技术的国内外现状。（2） 研究了软开关ZCT电路的工作原理和性能特点，并进行了详细的理论分析和仿真研究，最后在实验室所设计的高速永磁无刷直流电机上进行了实验验证，验证了软开关ZCT电路具有系统输出效率高、电磁干扰小等优点，可以实现零电流开关，但是只能在一定的占空比调节范围内实现软开关。（3） 针对软开关ZCT电路不能在整个占空比调节范围内实现软开关，提出一种新型软开关BUCK电路，该软开关电路结构简单，控制方便。对新型软开关BUCK电路进行了详细的理论分析和仿真研究，并在软开关实现条件和器件选型上进行了详细的分析，将新型软开关BUCK电路在实验室所设计的高速永磁无刷直流电机上进行实验验证，证明新型软开关BUCK电路能在整个占空比调节范围内都能实现软开关，有效的提高系统的输出效率。