本文從課題要求和實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā),設(shè)計(jì)了以TMS320F240為核心的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng),詳細(xì)敘述了控制系統(tǒng)的搭建方法,并對(duì)永磁同步電機(jī)的初始位置檢測(cè)和死區(qū)補(bǔ)償作了理論的研究.本文的結(jié)構(gòu)和主要研究?jī)?nèi)容如下:第一章介紹了永磁電機(jī)的原理、現(xiàn)狀和發(fā)展歷史.第二章對(duì)永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型做了詳細(xì)的介紹.介紹了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的主要組成部分電流環(huán),轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)的常見(jiàn)控制策略,這三個(gè)環(huán)之間的關(guān)系和如何綜合調(diào)節(jié)這三個(gè)環(huán).控制系統(tǒng)采用的是矢量控制方法,本章最后詳細(xì)地分析了永磁同步電機(jī)的矢量控制策略,這種策略的軟件實(shí)現(xiàn)方法,并給出了基于MATLAB/SIMULINK的控制系統(tǒng)仿真.第三章從介紹了實(shí)際的電路設(shè)計(jì),包括搭建以TMS320F240為核心的控制系統(tǒng)的搭建,智能功率模塊IPM的使用及控制的主要方法,控制面盤(pán)的設(shè)計(jì).第四章分析了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)主要問(wèn)題:初始位置檢測(cè).分析了現(xiàn)有的初始位置檢測(cè)的主要方法,并提出了一種利用永磁同步電機(jī)的凸極效應(yīng)和非線性的磁化特性來(lái)估算轉(zhuǎn)子初始位置的方法.第五章介紹了矢量控制永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的死區(qū)補(bǔ)償問(wèn)題.
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 矢量控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文首先介紹無(wú)刷直流電機(jī)原理及其常用的控制方法。在建立了無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了MATLAB環(huán)境下控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)各個(gè)仿真模塊進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路。該控制系統(tǒng)以Motorola公司的MC68HC908JL3單片機(jī)為核心，功率變換電路采用三菱公司IPMPS21246-E模塊。介紹了電路的各個(gè)組成部分，給出了控制系統(tǒng)中采用的軟硬件抗干擾措施。針對(duì)雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，深入研究了基于串級(jí)PI控制的控制策略，給出了參數(shù)選擇方法，并進(jìn)行了仿真分析。根據(jù)所設(shè)計(jì)的硬件電路及采用的控制策略，編制了相應(yīng)的控制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件由物理層和應(yīng)用層組成。物理層的程序模塊是基本的硬件功能實(shí)現(xiàn)模塊，包括啟動(dòng)按鍵讀入模塊、ADC模塊、故障顯示模塊、中斷模塊。應(yīng)用層程序調(diào)用物理層程序模塊，通過(guò)一定的算法邏輯，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)軟件的功能。最后對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。給出了系統(tǒng)運(yùn)行中的電壓、速度和電流等信號(hào)的實(shí)測(cè)波形，并進(jìn)行了分析。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有良好的調(diào)速性能，達(dá)到預(yù)期的效果。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 控制研究 調(diào)速
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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v無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便、運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著微處理器技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發(fā)展，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)采用無(wú)位置傳感器控制，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍擴(kuò)大，相對(duì)于有位置傳感器控制優(yōu)勢(shì)明顯。本論文圍繞無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行較為系統(tǒng)和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發(fā)，在分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，建立了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，為分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制奠定基礎(chǔ)。 其次，根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理，對(duì)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的各種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究，比較各種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出它們的適用范圍。在此基礎(chǔ)上，給出帶通濾波法及其簡(jiǎn)化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢(shì)三次諧波的方法。論文將直流電源負(fù)端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制中的關(guān)鍵問(wèn)題-起動(dòng)方法進(jìn)行研究，在詳細(xì)分析“三段式”起動(dòng)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程的基礎(chǔ)上，給出了從外同步到自同步平穩(wěn)切換的條件。論文在研究無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制換相方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的換相方法，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無(wú)需對(duì)三次諧波積分即可得到換相時(shí)刻。 濾波器是反電勢(shì)法中反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路的重要組成部分。論文在分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)端電壓信號(hào)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出濾波電路的技術(shù)要求，根據(jù)濾波器基本設(shè)計(jì)原理，分別對(duì)一階RC無(wú)源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果。這些為通過(guò)檢測(cè)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)獲得可靠的換相信號(hào)創(chuàng)造了條件。 論文還分析了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的原因，提出了相應(yīng)的校正方法。通過(guò)分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換相過(guò)程，建立了換相狀態(tài)的等效電路和數(shù)學(xué)模型，研究了轉(zhuǎn)子位置誤差引起的電動(dòng)機(jī)超前、滯后換相現(xiàn)象，及其由此產(chǎn)生的非導(dǎo)通相環(huán)流，在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了仿真計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設(shè)計(jì)和提高控制系統(tǒng)的可靠性方面具有重要作用。論文構(gòu)建了由IGBT組成的簡(jiǎn)化逆變器模型，并進(jìn)行仿真研究。針對(duì)不同的開(kāi)關(guān)頻率和柵極電阻，定量計(jì)算了IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中各階段的功率損耗，給出了變化規(guī)律，對(duì)逆變器的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。最后，論文研制了基于反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾波電路、控制電源電路、反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)和逆變電路以及保護(hù)電路等，控制軟件包括電動(dòng)機(jī)起動(dòng)模塊(包括定位、加速、切換)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制模塊(包括過(guò)零檢測(cè)及校正、換相)和各保護(hù)功能模塊。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，并對(duì)論文中所分析和提出的各種方法進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
標(biāo)簽： 無(wú)位置傳感器 控制 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-06-06
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高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、家用電器和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。采用先進(jìn)控制策略和全數(shù)字控制技術(shù)的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，已成為高性能伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。應(yīng)用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術(shù)不斷進(jìn)步，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應(yīng)能力的要求也不斷提高。 本文從詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調(diào)制技術(shù)，建立了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。針對(duì)伺服系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)變化及負(fù)載擾動(dòng)等問(wèn)題，深入分析了連續(xù)與離散系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)的基本原則和方法，將滑模變結(jié)構(gòu)控制與矢量控制相結(jié)合，改進(jìn)了基于趨近率的單段滑模面變結(jié)構(gòu)控制，設(shè)計(jì)了適用于矢量控制位置伺服系統(tǒng)的分段式滑模變結(jié)構(gòu)控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了詳盡的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明本系統(tǒng)滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求，滑模變結(jié)構(gòu)控制能夠有效應(yīng)用于矢量控制伺服系統(tǒng)并提高其魯棒性。
標(biāo)簽： 滑模變結(jié)構(gòu) 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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無(wú)刷直流電機(jī),是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來(lái)的一種機(jī)電一體化電機(jī).隨著無(wú)刷直流電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其常用的帶位置傳感器控制方法暴露出了越來(lái)越多的局限性.同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,基于高性能數(shù)字信號(hào)處理器的"狀態(tài)觀測(cè)器"法無(wú)位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點(diǎn).論文在詳細(xì)介紹了"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制原理的基礎(chǔ)上,建立了基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)模型,對(duì)模型中誤差造成的原因作出了定性和定量的分析,給出了解決的辦法.另外,論文以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A數(shù)字信號(hào)處理器為核心,設(shè)計(jì)了一套基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng),并給出了各模塊的設(shè)計(jì)電路.文中介紹了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分,并給出了系統(tǒng)的抗干擾措施."三段式"起動(dòng)技術(shù)是無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制中的常用起動(dòng)方法,也是"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).文中對(duì)"三段式"起動(dòng)技術(shù)中轉(zhuǎn)子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換三部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論,指出了各部分的難點(diǎn),給出了相應(yīng)的解決方法.基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"的控制系統(tǒng)中包含了大量的運(yùn)算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統(tǒng)和測(cè)量誤差以及干擾噪聲,論文著重對(duì)系統(tǒng)誤差、量測(cè)誤差和干擾噪聲三個(gè)方面作了詳細(xì)的分析,并提出了解決的方法.對(duì)于噪聲信號(hào)的數(shù)字化處理,論文探討了常用的幾種數(shù)字濾波算法并給出了仿真波形.在前面所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,論文介紹了"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試過(guò)程,分析了調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題并提出了解決的方法.最后,文中給出了系統(tǒng)調(diào)試中的電壓、反電勢(shì)以及相電流等信號(hào)的實(shí)測(cè)波形,并與仿真結(jié)果作了比較分析.
標(biāo)簽： 擴(kuò)展 卡爾曼濾波 無(wú)位置傳感器
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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三次B樣條曲線源代碼,C語(yǔ)言編寫(xiě)的三次B樣條曲線源代碼，希望大家喜歡。
標(biāo)簽：
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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無(wú)刷直流電機(jī)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和高性能永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)。隨著無(wú)刷直流電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，無(wú)位置傳感器控制方法的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，特別是“反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實(shí)用的無(wú)位置傳感器控制方法。 論文在介紹常用的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制方法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了“反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制原理。深入研究了兩種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法，采用“直接反電勢(shì)法”設(shè)計(jì)了反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路。該方法不需要引出電機(jī)中性點(diǎn)，通過(guò)選擇PWM和導(dǎo)通控制策略，就能直接從電機(jī)端電壓獲得反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)。它避免了開(kāi)關(guān)高頻調(diào)制產(chǎn)生的干擾，不需要對(duì)端電壓進(jìn)行濾波。建立了基于PSPICE軟件的仿真模型并對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。以按摩椅用無(wú)刷直流電機(jī)為樣機(jī)，設(shè)計(jì)了“直接反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細(xì)介紹了電路各個(gè)組成部分，同時(shí)給出了控制系統(tǒng)中所采用的軟硬件抗干擾措施。 論文介紹了“直接反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制常用的起動(dòng)方法，深入討論了“三段式”起動(dòng)技術(shù)，對(duì)“三段式”起動(dòng)技術(shù)中轉(zhuǎn)子預(yù)定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并圍繞“三段式”起動(dòng)技術(shù)詳細(xì)介紹了“直接反電勢(shì)法”控制軟件設(shè)計(jì)流程。 最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種方法的可行性和正確性。
標(biāo)簽： 電勢(shì) 無(wú)刷直流電機(jī) 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置之一，近幾年來(lái)，隨著變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及其在全國(guó)變電站的推廣，研究和開(kāi)發(fā)集保護(hù)、測(cè)量、控制和通訊于一體的微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置已成為各國(guó)電力部門(mén)的普遍要求。 本文首先對(duì)研究丌發(fā)的35kV線路微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置的軟硬件做了簡(jiǎn)述，介紹了本裝置所采用的保護(hù)算法，并給出了保護(hù)的流程圖和邏輯框圖。隨后介紹了我國(guó)變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)中正在應(yīng)用的幾種常用電力遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約，詳細(xì)介紹了目前使用比較廣泛的繼電保護(hù)通信規(guī)約IEC 60870-5-103，對(duì)規(guī)約的應(yīng)用層功能、鏈路傳輸規(guī)則、103規(guī)約三層參考模型及通訊幀格式進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了103規(guī)約在35kV線路微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置上的實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)軟件基于Visual C++6.0編程，采用SQLServer作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件。 最后，本文對(duì)裝置進(jìn)行了專業(yè)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，本裝置能實(shí)現(xiàn)基本的保護(hù)功能以及實(shí)現(xiàn)遙控、遙信、遙測(cè)等通信功能，與傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置相對(duì)比本裝置具有測(cè)量精度高、動(dòng)作迅速可靠、可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通信等優(yōu)點(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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與傳統(tǒng)的徑向磁通圓柱式電機(jī)相比，軸向磁通的盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)有著許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工及裝配費(fèi)用低，電機(jī)運(yùn)行可靠，不需勵(lì)磁電流，提高了電機(jī)的效率和功率密度。盤(pán)式電機(jī)永磁化是一種發(fā)展趨勢(shì)，而稀土材料是其首選的永磁材料。我國(guó)已研制出盤(pán)式永磁同步電機(jī)，但還處于試制階段，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對(duì)該電機(jī)的氣隙磁密進(jìn)行分析，對(duì)影響氣隙磁密的各種因素展開(kāi)了研究。具體內(nèi)容如下： 1) 回顧了永磁電機(jī)的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應(yīng)用，對(duì)永磁材料的性能及選取、聚磁技術(shù)、電機(jī)磁場(chǎng)計(jì)算所需理論和有限元軟件進(jìn)行了介紹。 2) 將電機(jī)內(nèi)的電磁場(chǎng)、有限元軟件和盤(pán)式無(wú)鐵心永磁電機(jī)特殊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了近二十個(gè)有限元計(jì)算程序，組成一個(gè)針對(duì)盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)的計(jì)算軟件包，由這些計(jì)算程序出發(fā)，對(duì)盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)進(jìn)行一系列仿真分析計(jì)算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時(shí)，由于有限元軟件在繪圖方面的限制，需要將氣隙磁密數(shù)據(jù)從有限元軟件中導(dǎo)出到文本文件，再由其它數(shù)學(xué)工具進(jìn)行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過(guò)程中由于導(dǎo)出數(shù)據(jù)格式與繪圖工具所需數(shù)據(jù)格式不能兼容，還需要對(duì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于有限元軟件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)量很大，如果對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行人工整理將增加大量的工作量，所以作者在研究過(guò)程中，針對(duì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)的特點(diǎn)編寫(xiě)了一個(gè)Vb數(shù)據(jù)處理程序，使數(shù)據(jù)處理工作得到大大簡(jiǎn)化。 3) 在上述建立的軟件包的基礎(chǔ)上，對(duì)基于Halbach陣列的盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)進(jìn)行了一系列系統(tǒng)分析，其中包括三維開(kāi)域磁場(chǎng)分析、永磁體厚度對(duì)電機(jī)氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時(shí)氣隙磁場(chǎng)分析、采用不同角度Halbach陣列時(shí)的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中永磁體的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 4) 在對(duì)盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)進(jìn)行詳盡的分析的基礎(chǔ)之上，本文提出了對(duì)該電機(jī)的新設(shè)計(jì)方案，并就此方案進(jìn)行了建模分析，結(jié)果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結(jié)構(gòu)的氣隙磁密更為理想。此外，還對(duì)新模型從定性的角度進(jìn)行了渦流損耗分析，分析表明其結(jié)構(gòu)有利于減小渦流損耗。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 損耗分析 磁場(chǎng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問(wèn)題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)主要問(wèn)題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開(kāi)口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過(guò)優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開(kāi)口和氣隙長(zhǎng)度的大小來(lái)降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過(guò)合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來(lái)減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對(duì)轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開(kāi)口大小、以及氣隙長(zhǎng)度對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開(kāi)口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場(chǎng)影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過(guò)有限元仿真對(duì)解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開(kāi)口和氣隙長(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開(kāi)口的增加或者氣隙長(zhǎng)度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場(chǎng)的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)抵消了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過(guò)合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：?jiǎn)味耸捷S承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過(guò)計(jì)算繞組反電勢(shì)系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡(jiǎn)化的暫態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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