針對冬季供暖問題,該文研制了一種新型的智能全自動控制系統(tǒng).整個控制系統(tǒng)主要由CPU主板、繼電器分板以及控制面板組成,CPU主板實現(xiàn)溫度的采集、處理、水位的測量、電源監(jiān)視及報警等功能.繼電器板用于控制循環(huán)泵的啟停、緊急情況下的切斷電源等.控制面板完成功能的切換以及顯示等功能.控制系統(tǒng)在功能上具有供暖、熱水、定時啟動三大功能,還具有漏電、超溫、低水位保護及報警功能.在控制方法上,由于溫度控制領(lǐng)域多采用PID控制方法,有對不同的控溫對象要用不同的PID參數(shù),且調(diào)整不方便的缺點.該文采用模糊控制方法,模擬最佳控制者--人的控制行為,利用人的經(jīng)驗知識實現(xiàn)一種專家式的非線性控制.整個控制由模糊控制器完成,該文討論了以溫度偏差和溫度變化率為輸入量、電壓為輸出量的雙輸入單輸出模糊控制器設(shè)計方法.以提高系統(tǒng)的控制精度、安全性和可靠性.該文研制的電鍋爐控制系統(tǒng),利用C語言編制控制程序,提高了開發(fā)效率及控制的靈活性.實際使用證明,該控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、具有優(yōu)良的控制效果.
上傳時間： 2013-06-11
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在論文中系統(tǒng)的講述了電腦平縫機電氣系統(tǒng)實現(xiàn)的方法和過程。該種電腦工業(yè)平縫機能夠自動完成停針、撥線、剪線、倒、順縫等工序，根據(jù)不同的工藝要求，可以進行選擇性的設(shè)定，取代了原先由手工進行的輔助工序，代表當今最高技術(shù)水平和今后一段時間產(chǎn)品生產(chǎn)方向。 文章首先簡單介紹了電腦平縫機的功能特性等相關(guān)知識，然后依次介紹了各個模塊的設(shè)計方法。在此過程中，整片文章比較詳細的講述了整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計情況，包括系統(tǒng)功能的設(shè)計到軟件的實現(xiàn)方法。此外，根據(jù)實際設(shè)計情況，在控制器的設(shè)計章節(jié)中比較了兩種不同策略下的電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和使用情況。指出設(shè)計的難點以及解決方法。 此外，文章還探討了一般永磁同步電機的設(shè)計方法。即先從傳統(tǒng)的磁路計算入手，得出電機初步結(jié)構(gòu)，再利用有限元分析軟件，對電機進行二維磁場有限元數(shù)值分析，最后據(jù)計算出的電機性能參數(shù)對電機結(jié)構(gòu)作進一步改善。并且，在設(shè)計過程中考察相關(guān)參數(shù)和參數(shù)比變化對電機性能的影響。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電腦平縫機所用電機設(shè)計，探討了電機轉(zhuǎn)矩波動的原因和減小波動的方法。
上傳時間： 2013-05-19
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變電站是電力系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，它的運行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟運行。一個變電站運行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其二次設(shè)備的工作性能。現(xiàn)在的變電站有三種運行模式：一種是常規(guī)變電站，一種是部分實現(xiàn)微機管理、具有一定自動化水平的變電站，再有一種是實現(xiàn)無人值班、全面微機化的綜合自動化變電站。在常規(guī)變電站中，其繼電保護、中央信號系統(tǒng)、變送器、遠動及故障錄波裝置等所有二次設(shè)備都是采用傳統(tǒng)的分立式設(shè)備，而且站內(nèi)配備大量控制、保護、記錄用屏盤。使裝備設(shè)置復(fù)雜，占地面積大，日常維護管理工作繁重。這種常規(guī)變電站的一個致命弱點是不具備自診斷能力，對二次系統(tǒng)本身的故障無法監(jiān)測。因此，這種常規(guī)變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運行的可靠性及經(jīng)濟性，一個最有效的方法就是提高變電站運行管理的自動化水平，實現(xiàn)變電站的綜合自動化，以微機化的新型二次設(shè)備取代傳統(tǒng)使用的分立式設(shè)備。開發(fā)集保護、控制、監(jiān)測及遠動等功能為一體的新型設(shè)備，并實現(xiàn)設(shè)備共享、信息資源共享，使變電站設(shè)計簡捷、布局緊湊，運行更加可靠安全。 隨著微型計算機技術(shù)、集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，原來越多的新技術(shù)和新產(chǎn)品應(yīng)用到變電站的二次設(shè)備中去，使變電站的二次設(shè)備得到不斷的更新?lián)Q代。該項研究把一種新型的低壓電能量測量芯片與高性能的數(shù)字信號處理器(DSP)結(jié)合起來，利用DSP體積小、功能強、功耗低、速度快、性價比高等優(yōu)點，設(shè)計出新型的變電站線路測控單元，實現(xiàn)對高壓線路的測量、監(jiān)視和控制，這種新型的二次設(shè)備比傳統(tǒng)的二次設(shè)備具有更高的精度和更快的相應(yīng)速度。 與此同時，網(wǎng)絡(luò)理論和技術(shù)的發(fā)展，也使變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，由原來的集中控制型逐步過渡到功能分散、模塊化的分散網(wǎng)絡(luò)型，通過現(xiàn)場總線，使主控室和現(xiàn)場之間的聯(lián)系變成了串行通信聯(lián)系，從而提高的系統(tǒng)的可靠性和可維護性。CAN總線應(yīng)用于變電站的監(jiān)控系統(tǒng)中，組成變電站的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯能力。 該文就以上的兩個方面進行研究和設(shè)計，主要內(nèi)容包括：一是在簡單介紹新型電能測量芯片和DSP的基本知識的基礎(chǔ)上，提出了一個變電站測控單元的設(shè)計方案，并從從硬件和軟件兩個方面進行了詳細的介紹，主要部分是對測量模塊的設(shè)計；二是系統(tǒng)的通信接口模塊設(shè)計，從硬件和軟件方面詳細的介紹了通信模塊的三種不同的通信接口的設(shè)計，分別是RS-232串行通信、RS-485總線通信、CAN總線通信；三是在分析現(xiàn)代測控系統(tǒng)發(fā)展歷史，指出了現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)的優(yōu)越性；四是設(shè)計出的測控系統(tǒng)單元的基礎(chǔ)上，利用CAN現(xiàn)場總線構(gòu)建變電站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 該文提出的方案、技術(shù)以及結(jié)論對于變電站監(jiān)控系統(tǒng)和自綜合動化系統(tǒng)的研究開發(fā)、工程設(shè)計都具有實際的參考意義。
上傳時間： 2013-04-24
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開關(guān)磁阻電機（SR電機）驅(qū)動系統(tǒng)（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動問題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統(tǒng)虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉(zhuǎn)矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對在SRD性能仿真時，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數(shù)據(jù)量要求高的問題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉(zhuǎn)矩計算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機精確解析數(shù)學(xué)模型。因為SR電機本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關(guān)系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數(shù)等角度研究了SR電機相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統(tǒng)振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統(tǒng)的運動方程出發(fā)，導(dǎo)出了從激振力到振動加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統(tǒng)的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結(jié)果和運行實驗結(jié)果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉(zhuǎn)矩和效率這兩個優(yōu)化目標，對SR電機的開關(guān)角進行了優(yōu)化。最后結(jié)合由磁場有限元計算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設(shè)計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導(dǎo)出三步換相法的時間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結(jié)論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現(xiàn)多個模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數(shù)進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開關(guān)角度二次優(yōu)化法和時間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩斬波都使用三步換相法，和在相關(guān)斷時刻根據(jù)實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關(guān)頻率設(shè)計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。設(shè)計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結(jié)構(gòu)；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯(lián)電路方案。在控制軟件中實現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測量實驗，對比轉(zhuǎn)矩測量值與轉(zhuǎn)矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉(zhuǎn)矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結(jié)果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關(guān)于電機本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機械降噪措施等的結(jié)論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
標簽： 開關(guān)磁阻電機 減 降噪
上傳時間： 2013-07-05
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本課題來源于國家863計劃《高速高效防爆稀土永磁同步電機研究》項目的部分研究內(nèi)容。為了進一步提高稀土永磁同步電動機的效率，本論文主要采用有限元分析與實驗相結(jié)合的方法，重點針對稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的諧波轉(zhuǎn)子銅耗、瞬態(tài)起動過程以及空載諧波磁場進行了深入研究。 論文利用有限元電磁場仿真軟件MagNet，對油田抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了詳細的電磁場仿真計算，首次，對諧波磁場引起的稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗進行了深入分析。通過對22kW電機的間接法和直接法效率實驗，分離出諧波引起的雜散損耗，并與仿真計算結(jié)果進行對比分析，證明了：實際稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時是存在轉(zhuǎn)子銅耗的，這也是和傳統(tǒng)稀土永磁同步電動機理論不同的地方。研究成果《稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗分析》發(fā)表在核心期刊《微特電機》2006年第9期上。 論文采用有限元MagNet對抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了起動過程的仿真研究，并利用先進的動態(tài)示波記錄儀DL750對22kW電機進行了空載起動過程的實驗。實驗結(jié)果表明有限元電磁仿真計算結(jié)果是準確的，也為稀土永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。研究成果《基于有限元的稀土永磁同步電動機起動過程仿真研究》發(fā)表在核心期刊《微特電機》2007年第1期上。 論文應(yīng)用有限元電磁場軟件MagNet對作者設(shè)計的370W稀土永磁同步電動機的空載氣隙磁場進行了仿真分析，得到空載諧波磁場的波形畸變率是6.23﹪；為了驗證有限元分析結(jié)果的正確性，專門設(shè)計了兩臺370W稀土永磁同步電動機對拖實驗，利用WT3000電力分析儀分析出：實際空載氣隙磁場波形的畸變率是3.26﹪；通過實驗結(jié)果和仿真結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)實際電機的轉(zhuǎn)子鼠籠條對電機空載諧波磁場有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步電動機空載氣隙磁場的諧波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特電機》上。
上傳時間： 2013-04-24
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是繼矢量控制技術(shù)之后出現(xiàn)的又一種新的控制思想，其控制手段直接，系統(tǒng)響應(yīng)迅速，具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，系統(tǒng)魯棒性好，因而受到了普遍關(guān)注并得到了迅速發(fā)展。 本論文從交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展開始，分析了異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，推導(dǎo)了u-l、i-n兩種磁鏈模型，并對這兩種磁鏈模型的適應(yīng)范圍和特點進行了分析，然后推導(dǎo)了在全速范圍都適用的u-n模型。u-n模型的特點是：低速下工作于i-n模型，高速下工作于u-i模型，高低速之間自然過渡，加之引入電流調(diào)節(jié)器對電流觀測值進行補償，大大提高了模型的觀測精度。 然后以交流電力機車為例，介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，并根據(jù)電力機車的牽引特性，設(shè)計了不同的控制策略： (1)低速區(qū)：采用圓形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制； (2)高速區(qū)：采用六邊形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制； (3)弱磁區(qū)：通過改變磁鏈給定值來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。 同時應(yīng)用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型，并得出了仿真結(jié)果，驗證了該方法的正確性。 最后介紹了無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，推導(dǎo)了基于模型參考自適應(yīng)(MRAS)理論的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的辨識方法，建立了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的辨識模型，并得到了仿真結(jié)果。
標簽： 直接轉(zhuǎn)矩 控制技術(shù) 交流調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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由于干式變壓器的優(yōu)良性能以及在特種場合下對干式變壓器的應(yīng)用需求，當前我國干式變壓器市場空間廣闊，競爭激烈。但是目前國內(nèi)許多干式變壓器生產(chǎn)廠家仍然停留在手工設(shè)計計算階段，設(shè)計的效率低、周期長、人工成本高。干式變壓器原材料的上漲，也加大了廠家的制作成本。以研究、開發(fā)實用性干式變壓器CAD系統(tǒng)為目的，本文對該集成軟件的系統(tǒng)分析及相應(yīng)的實現(xiàn)技術(shù)進行了詳細的研究。 首先，在總結(jié)干式變壓器手工設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，借鑒變壓器的通用優(yōu)化設(shè)計模型，結(jié)合干式變壓器的特點，建立了干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計模型。以鐵芯直徑、窗高、內(nèi)線圈匝數(shù)、外線圈電流密度、內(nèi)線圈電流密度為變量，采用改進遺傳算法對其進行干式變壓器單機優(yōu)化設(shè)計。該算法將模擬退火思想引入到遺傳算法的選擇機制中，解決了傳統(tǒng)遺傳算法過早收斂的問題。其與傳統(tǒng)遺傳算法優(yōu)化結(jié)果對比表明：新的算法收斂性較好，優(yōu)化效果較明顯，算法是成功的。并根據(jù)Appelbaum序貫分解法的基本思想，通過“共同變量”和“非共同變量”將系列中兼容的各規(guī)格變壓器聯(lián)系起來，得到系列變壓器優(yōu)化設(shè)計的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，然后使用改進后的遺傳算法對中小型干式變壓器中套用同一個機座的系列優(yōu)化問題進行了探討，并在此基礎(chǔ)上建立了干式變壓器系列優(yōu)化的軟件優(yōu)化設(shè)計流程。 其次，在軟件設(shè)計方面選用C++程序設(shè)計語言，采用Visual Basic進行界面編寫，且運用ActiveX技術(shù)實現(xiàn)了VB與AutoCAD軟件的連接。該設(shè)計不但能夠?qū)Ω墒阶儔浩鬟M行優(yōu)化設(shè)計，并且添加了CAD制圖功能。本文對數(shù)據(jù)庫支撐的干式變壓器CAD系統(tǒng)進行了系統(tǒng)設(shè)計和研究，詳細探討了該集成軟件的實現(xiàn)技術(shù)。 最后，在各項性能指標都滿足國家標準要求的情況下，以SC9-50/10型號和SCB9-1250/10型號的干式變壓器為例進行單機優(yōu)化，變壓器有效成本分別降低了2.83﹪和1.79﹪；以系列號SC9-50/10四個規(guī)格變壓器為例進行系列優(yōu)化，分別按照不同的權(quán)重來進行系列優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化方案1時，總成本下降了3.26﹪；優(yōu)化方案2時，總成本下降了3.1﹪。可見，達到了預(yù)期效果，干式變壓器成本有效降低。
標簽： CAD 干式變壓器 優(yōu)化設(shè)計
上傳時間： 2013-07-23
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隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，利用計算機仿真對電力電子電路進行分析和研究得到了日益廣泛的重視。盡管目前一些仿真軟件都有比較強大的功能，可以利用它們來完成某些電力電子裝置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和電力電子裝置負載的復(fù)雜性，使得這些軟件并不能完成對于電力電子裝置所要進行的所有分析要求，特別是當其被用于電力電子裝置故障運行的仿真。針對上述問題，本論文在研究器件建模方法和裝置仿真方法的基礎(chǔ)上，運用C++語言開發(fā)了一個可專門用于電力電子裝置仿真分析的程序。 本課題首先對于各種電力電子器件進行建模。在對各種元器件特性深入研究的基礎(chǔ)上利用已知的電路原理和建模方法，抓住各具體電力電子器件的主要特征，建立其電路及邏輯仿真模型。由于本論文中研究的是電力電子裝置作為一個整體的特性，所以在對器件電路模型的建模過程采用高層次的電路模型，即理想開關(guān)模型和雙極性電阻模型。器件的邏輯模型則是通過皮特里網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，根據(jù)仿真的目的可建立不同精細程度的邏輯模型。因為器件邏輯模型的建模過程中采取的逐步細化的原則與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中自頂而下，逐步求精的思想不謀而合，所以在仿真程序中采用C++語言對所建立的器件模型進行描述。 針對電力電子裝置的非線性，病態(tài)特性和其負載的復(fù)雜性，使用階段仿真的思想進行程序設(shè)計。確定了仿真程序的總體結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了程序的模塊化設(shè)計。利用通用的狀態(tài)變化檢測模塊和兼容性檢測模塊在程序中確定電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的精確時刻，它們獨立于具體的電路結(jié)構(gòu)。狀態(tài)方程模塊和輸出方程模塊雖然與具體的電路結(jié)構(gòu)相關(guān)，但是亦可將其設(shè)計為模塊的形式，針對不同的電路結(jié)構(gòu)僅需改變模塊中對于狀態(tài)方程和輸出方程的描述。鑒于數(shù)值計算方法對于仿真結(jié)果的重要性，本論文中討論了幾種數(shù)值積分方法的特點及適用范圍，并在程序用編寫了幾種常用的算法，以供用戶選擇。通過對于瓦格納斬波器、三相全控整流橋和三相半控整流橋的仿真驗證仿真程序的正確性和實用性。
上傳時間： 2013-07-16
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高速電機由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內(nèi)外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機械強度和轉(zhuǎn)子動力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長度的大小來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；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動力學(xué)進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結(jié)構(gòu)進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結(jié)果加以驗證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機中含有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口和氣隙長度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉(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、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護環(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)，對于本文設(shè)計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數(shù)大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強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)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護環(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)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護環(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，當銅環(huán)的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設(shè)計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：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、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設(shè)計和轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進行了轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析，實驗研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導(dǎo)致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(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)時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數(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。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實驗計算結(jié)果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標簽： 無刷直流 電機轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時間： 2013-05-18
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隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的交流電機矢量控制系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能受到了廣泛應(yīng)用。采用SVPWM逆變器的異步電動機矢量控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速參考值變化或者負載轉(zhuǎn)矩參考值變化的動態(tài)情況下，參考電壓矢量可能會超出基本空間矢量構(gòu)成的正六邊形，此時便出現(xiàn)動態(tài)過調(diào)制，需要用過調(diào)制策略將超出的電壓矢量重新限定在正六邊形邊界內(nèi)。不同的過調(diào)制策略會給整個系統(tǒng)帶來不同的動態(tài)性能，本文在對過調(diào)制策略進行完善的基礎(chǔ)上，針對三種過調(diào)制策略對交流電動機動態(tài)性能的影響進行了研究，并對其機理進行了理論分析與探討。 @@ 本文首先以三相異步電動機在兩相靜止坐標系下的動態(tài)方程為基礎(chǔ)，按照轉(zhuǎn)子磁鏈定向，設(shè)計了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，完成了勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦，并構(gòu)建了基于SVPWM的異步電動機矢量控制系統(tǒng)的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，電流控制對系統(tǒng)性能具有重要影響。為了改善系統(tǒng)性能，所設(shè)計的矢量控制系統(tǒng)采用了同步電流控制，并對反電勢進行了前饋補償。 @@ 在分析了現(xiàn)有的三種過調(diào)制策略之后，對過調(diào)制策略進行了完善，并構(gòu)建了異步電動機矢量控制系統(tǒng)的過調(diào)制仿真模型。過調(diào)制中，當原參考電壓矢量位于正六邊形中任意兩個扇區(qū)交界附近時，過調(diào)制策略2和3所得到的新電壓矢量仍會超出正六邊形邊界，過調(diào)制算法不再適用于此區(qū)域。針對以上不足，本文對過調(diào)制策略2和3進行了完善，使過調(diào)制算法適用于所有區(qū)域。采用完善后的過調(diào)制策略對轉(zhuǎn)速參考值變化和負載轉(zhuǎn)矩參考值變化的異步電動機矢量控制系統(tǒng)進行仿真，發(fā)現(xiàn)在加速與加載的條件下，過調(diào)制策略2的動態(tài)性能好于過調(diào)制策略1，而過調(diào)制策略3的動態(tài)性能最佳，具有最小的動態(tài)響應(yīng)時間，暫態(tài)性能優(yōu)良；在減載的條件下，過調(diào)制策略1和2能夠很快的進入穩(wěn)定狀態(tài)，但是過調(diào)制策略3卻出現(xiàn)問題，動態(tài)響應(yīng)時間很長，說明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探討了三種過調(diào)制策略導(dǎo)致不同動態(tài)性能的內(nèi)在機理，通過對三種過調(diào)制策略中電壓矢量的幅值和相位進行分析，理論上解釋了出現(xiàn)不同動態(tài)響應(yīng)時間的原因。出現(xiàn)過調(diào)制時，過調(diào)制策略2中新電壓矢量的幅值總是大于過調(diào)制策略1中新電壓矢量的幅值，所以動態(tài)性能更好。在加速和加 載條件下，過調(diào)制策略3中新電壓矢量的相位總是超前于過調(diào)制策略1和2中新電壓矢量的相位，因此可以獲得更快的動態(tài)響應(yīng)，暫態(tài)性能更佳。但是在減載條件下，過調(diào)制策略3中新電壓矢量與原電壓矢量間的相位關(guān)系處于無規(guī)律的超前滯后狀態(tài)，導(dǎo)致過調(diào)制策略3出現(xiàn)問題，動態(tài)響應(yīng)時間很長，說明此過調(diào)制策略有其不足之處，有待于改進。@@關(guān)鍵詞：SVPWM；矢量控制；過調(diào)制；動態(tài)性能
上傳時間： 2013-06-27
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