本文在分析干式電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和電場分布特點的基礎(chǔ)上，建立了四種電場分析模型：二維和三維高壓繞組電場分析模型、二維和三維端部電場分析模型。以SG10型H級絕緣空氣自冷干式變壓器為具體分析對象，采用ANSYS有限元分析軟件對四個電場模型進(jìn)行了有限元建模，并完成了有限元分析，得出相應(yīng)的干式電力變壓器絕緣的電場強度和分布分析結(jié)果。 在深入理解ANSYS有限元分析軟件接口的基礎(chǔ)上，編寫了以APDL參數(shù)化語言為基礎(chǔ)的命令流程序，并采用C++Builder6.0軟件編寫了實現(xiàn)模型修改和結(jié)果顯示的程序，完成了干式電力變壓器電場有限元分析系統(tǒng)的開發(fā)。應(yīng)用該軟件，用戶可以對四個模型的絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、介電常數(shù)等參數(shù)直接進(jìn)行修改，在調(diào)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析后，可以得到非常直觀的相應(yīng)干式電力變壓器絕緣的電場強度和分布結(jié)果，包括顯示電場的最大電場強度值及其位置，以及用圖像方式顯示模型的電場強度矢量圖利分布云圖。本文工作對于研究干式電力變壓器的電場分布以及絕緣合理設(shè)計具有工程意義。
上傳時間： 2013-06-26
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隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測控技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測控理論、方法、測控領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷的出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)沖破儀器的概念，電子測控儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化。在這種背景下，八十年代末美國成功開發(fā)了圖形化的計算機語言LabVIEW。 LabVIEW是美國NI公司實現(xiàn)虛擬儀器(VirtualInstrument-Ⅵ)技術(shù)的G語言。圖形化編程開發(fā)平臺的特點是基于通用計算機等標(biāo)準(zhǔn)軟硬件資源平臺，實現(xiàn)構(gòu)建靈活、層次體系明晰、功能強大且人機界面友好的測控系統(tǒng)，因此在國內(nèi)外許多測控應(yīng)用中被廣泛采用，但目前用LabVIEW實現(xiàn)的應(yīng)用大多是基于單機運行的LabVIEW虛擬儀器程序。 本論文介紹了小型電站中多個任務(wù)的實時測控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將人機交互、數(shù)據(jù)采集等任務(wù)和控制任務(wù)分別交由測試計算機和控制計算機完成。該測控系統(tǒng)計算機應(yīng)用軟件是在LabVIEW平臺上開發(fā)，實現(xiàn)了友好的人機交互，簡單直觀的現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控，安全可靠的故障處理措施等功能。這個實時系統(tǒng)對電機的多個開關(guān)量、模擬量、溫度信號、直流電動機和步進(jìn)電動機等進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)采集和控制。 本設(shè)計通過基于優(yōu)先級的設(shè)置和執(zhí)行系統(tǒng)的選擇，結(jié)合固定時間間隔調(diào)度和事件驅(qū)動機制，提出了基于LabVIEW平臺測控系統(tǒng)的兩級多任務(wù)調(diào)度策略。這些設(shè)計方案大大提高了測控系統(tǒng)的性能。按照軟件工程學(xué)的觀點對實時多任務(wù)測控系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計；開發(fā)了操作簡單、界面友好、通用化程度高的測控系統(tǒng)。 本論文較全面系統(tǒng)深入地研究了LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)化功能。系統(tǒng)分析了LabVIEW的TCP/IP、DataSocket和RemotePanels三種網(wǎng)絡(luò)通信機制，詳細(xì)討論了每種機制的原理及功能特點，并設(shè)計了相應(yīng)的LabVIEW程序。實現(xiàn)了基于局域網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程控制。 此外，為了結(jié)果查詢和數(shù)據(jù)分析，本課題還設(shè)計了用LabVIEW開發(fā)的數(shù)據(jù)庫。
標(biāo)簽： LabVIEW 多任務(wù) 中的應(yīng)用
上傳時間： 2013-05-15
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開發(fā)和研制無鐵心永磁電機是當(dāng)前電機領(lǐng)域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統(tǒng)有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發(fā)無鐵心永磁電機需要準(zhǔn)確計算電機的參數(shù)和性能，而實現(xiàn)這一任務(wù)的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結(jié)構(gòu)特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學(xué)的研究熱點之一。 本文的研究內(nèi)容是國家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設(shè)計與集成技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節(jié)約計算機內(nèi)存和CPU時間。根據(jù)對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結(jié)合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標(biāo)量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標(biāo)量磁位漸近邊界條件數(shù)學(xué)模型。為了盡可能減少節(jié)點的數(shù)量，結(jié)合無鐵心永磁電機的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標(biāo)量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標(biāo)量漸近邊界條件與有限元法結(jié)合的三維開域靜磁場的數(shù)學(xué)模型，并提出具體的實施方法，推導(dǎo)出相應(yīng)的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結(jié)果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優(yōu)于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節(jié)約計算機內(nèi)存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內(nèi)轉(zhuǎn)子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進(jìn)行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉(zhuǎn)子均無鐵心的情況下電機內(nèi)部及周圍磁場的大小，總結(jié)出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規(guī)律。 第三部分針對不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Halbach磁體陣列電機磁場問題進(jìn)行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉(zhuǎn)子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規(guī)律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數(shù)、電樞計算長度等主要設(shè)計參數(shù)隨電機結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律。 第四部分針對具有試驗數(shù)據(jù)的三種結(jié)構(gòu)的無鐵心永磁電機樣機進(jìn)行了計算和分析，計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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本課題是國家自然科學(xué)基金重點資助項目“微型燃?xì)廨啓C一高速發(fā)電機分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究內(nèi)容。高速電機的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機領(lǐng)域的研究熱點之一。高速電機的主要特點有兩個：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機的高速電機特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對高速永磁電機的機械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度分析。根據(jù)永磁體抗壓強度遠(yuǎn)大于抗拉強度的特點，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強度合金鋼護套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護套之間采用過盈配合，用護套對永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計算模型，確定了護套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強度計算方法已應(yīng)用于高速永磁電機的樣機設(shè)計。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)方程，采用有限元法計算了高速永磁電機轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計算方法設(shè)計的1臺采用磁力軸承的高速電機，已成功實現(xiàn)60000r/min的運行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機的定子設(shè)計，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機繞組端部軸向過長的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實驗相結(jié)合的方法，分析計算了高速永磁電機的損耗和溫升，并對高速永磁發(fā)電機的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機的優(yōu)點是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計算對高速電機的安全運行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計算高速電機的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計算了高速電機的溫升。最后，設(shè)計制造了一臺額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機試驗樣機，并進(jìn)行了初步的試驗研究。測量了電機在不同轉(zhuǎn)速下空載運行時的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結(jié)果的對比，部分驗證了高速永磁電機理論分析和設(shè)計方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機的改進(jìn)設(shè)計方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，人們對環(huán)境保護越來越重視，SF<,6>氣體的使用和排放受到限制，從而使電器領(lǐng)域內(nèi)SF<,6>斷路器的發(fā)展也受到限制。而真空斷路器充分利用了真空優(yōu)異的絕緣與熄弧特性，且對環(huán)境不造成污染，所以目前在中壓領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，而且不斷向高電壓、大容量方向發(fā)展。因此，未來高壓真空斷路器必然取代高壓SF<,6>斷路器。真空滅弧室是真空斷路器的“心臟”，所以，開發(fā)高壓真空斷路器最關(guān)鍵的是滅弧室的設(shè)計。本文對110kV的真空滅弧室的內(nèi)部電磁場進(jìn)行了仿真分析，為我國開發(fā)110kV真空斷路器提供一定的參考。 本文采用有限元軟件對110kV真空斷路器滅弧室內(nèi)部靜電場進(jìn)行了仿真分析，得到了滅弧室內(nèi)部各種屏蔽罩的大小、尺寸和位置對電場分布的影響；觸頭距離對滅弧室內(nèi)部電場分布的影響；傘裙對滅弧室內(nèi)部電場分布的影響。再根據(jù)等離子體和金屬蒸氣具有一定導(dǎo)電率的特點，從麥克斯韋基本方程出發(fā)，推導(dǎo)了滅弧室內(nèi)部電場所滿足的計算方程，然后用有限元法對二維電場進(jìn)行了求解。考慮到弧后粒子消散過程中，電極和懸浮導(dǎo)體表面會有帶電微粒的存在，又計算分析了帶電微粒對真空滅弧室電場分布的影響，進(jìn)而提出了使滅弧室內(nèi)部電場更加均勻的措施。 根據(jù)大電流真空電弧的物理模型，基于磁場對電流的作用力理論，計算分析了真空電弧自生磁場的收縮效應(yīng)以及對分?jǐn)嚯娀〉挠绊懀玫搅嘶≈凶陨艌霎a(chǎn)生的電磁壓強分布，最后分析了外加縱向磁場分量對減小自生磁場收縮效應(yīng)的作用。 建立了110kV、1/2線圈以及1/3線圈縱向磁場觸頭三維電極模型，并利用有限元法進(jìn)行了三維靜磁場和渦流場仿真。得到了電流在峰值和過零時縱向磁場分別在觸頭片表面和觸頭間隙中心平面上的二維和三維分布，給出了這兩種觸頭在電流過零時縱向磁場滯后時間沿徑向路徑和軸向路徑的分布規(guī)律，最后還對這兩種觸頭的性能進(jìn)行了比較。
上傳時間： 2013-07-09
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永磁電動機相比其他類型的電動機其性能指標(biāo)突出，將廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。但是隨著電機工業(yè)朝著大容量、高功率密度、小體積的趨勢發(fā)展，永磁電動機溫升與其它各項指標(biāo)在配合上發(fā)生了分歧。為了解決這些問題，就要對永磁電機進(jìn)行合理的冷卻設(shè)計及溫度計算。永磁電機的溫升計算除了要考察定子繞組處的受熱，同時也要兼顧永磁體的溫度情況‰本文對永磁電機的溫度計算及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了如下分析設(shè)計： 首先，通過電磁學(xué)與傳熱學(xué)、流體力學(xué)等邊緣學(xué)科，對永磁電機進(jìn)行溫度場分析。其中對自冷徑向永磁電機溫度場進(jìn)行詳細(xì)地分析與計算。利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法，即離散網(wǎng)格，使參數(shù)集中化，列出方程組，解出各剖分點的溫度值。采用與其相對應(yīng)的經(jīng)驗公式及實驗結(jié)果確定永磁電機的散熱系數(shù)。 其次對徑向永磁電機的損耗分布進(jìn)行說明，不僅從數(shù)量上對槽內(nèi)繞組損耗和端部繞組損耗做出了區(qū)分，而且從理論上對定子軛部和定子齒部的損耗進(jìn)行分析，以確保在損耗分布上盡量使誤差減少。其次利用ANSYS、ANSOFT軟件，采用有限元方法對永磁電機穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)時的溫度分布情況進(jìn)行分析。利用上述方法對TYJS機床電機4.4kW-3000進(jìn)行分析，比較其理論值與實驗值之問的誤差，結(jié)果比較滿意。 最后，本文對5kW-450雙定子-單轉(zhuǎn)子盤式電機的溫度場進(jìn)行分析。由于徑向電機與盤式電機在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，分別對盤式電機的損耗分布、散熱系數(shù)的求取等不同之處與徑向電機進(jìn)行比較。對盤式電動機外部冷卻系統(tǒng)的設(shè)計上，采用假定系數(shù)法，反推風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)計了該樣機的冷卻系統(tǒng)。通過以上的分析，能夠較準(zhǔn)確計算電機的溫度值，從中得出其局部過熱點。這樣給電機的改進(jìn)和研制都帶來了方便。
上傳時間： 2013-06-14
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永磁無刷直流電動機具有慣量小、控制簡單、動態(tài)性能好等優(yōu)良特性，因此在航天、機器人、數(shù)控機床等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。無刷直流電機在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于對系統(tǒng)要求較高的場合，近年來在國內(nèi)也引起了廣泛的興趣。本課題針對輪式機器人，設(shè)計了無刷直流電動機并設(shè)計相應(yīng)控制系統(tǒng)。 首先，本課題分析了機器人用無刷直流電動機的組成結(jié)構(gòu)、繞組連接，并對三相無刷直流電動機星角接工作方式進(jìn)行比較，按照無刷直流電動機兩種模式運行、多極分?jǐn)?shù)槽等特點進(jìn)行局部設(shè)計。最終以爬坡時狀態(tài)為參考，經(jīng)過多次計算得到無刷直流電動機的初始設(shè)計方案。 其次，為了提高設(shè)計的可靠性及設(shè)計成本，本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來對所設(shè)計的電磁設(shè)計方案進(jìn)行驗證。應(yīng)用Maxwell 2D軟件進(jìn)一步對設(shè)計方案進(jìn)行分析和校驗，以校核仿真結(jié)果參數(shù)能否與設(shè)計方案相吻合。 最后設(shè)計了無刷直流電動機的PIC單片機控制系統(tǒng)并對無刷直流電動機進(jìn)行系統(tǒng)仿真。控制系統(tǒng)CPU采用PIC16F877單片機，它能夠提供最佳的性能價格比。系統(tǒng)采用IGBT 專用柵極驅(qū)動集成電路IR2130，來控制系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件，檢驗所設(shè)計電機在系統(tǒng)中的性能。 結(jié)論，本課題主要包括五部分：無刷直流電動機繞組連接分析，初始數(shù)據(jù)方案設(shè)計，Maxwell對電磁設(shè)計方案進(jìn)行驗證，設(shè)計PIC單片機控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB對電機控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。通過這五部，本文完成了輪式機器人用無刷直流電動機進(jìn)行設(shè)計及相應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計。
上傳時間： 2013-07-28
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準(zhǔn)確計算電機鐵耗一直是困擾電機設(shè)計者的一個難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機內(nèi)部磁場僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測量的數(shù)據(jù)，計算電機齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計算值與實測值之間的誤差通過經(jīng)驗系數(shù)來修正。這種方法對于已經(jīng)長期制造和使用的電機而言勉強適用，對于近年來發(fā)展很快的永磁電機、高速電機和其他新結(jié)構(gòu)電機，由于缺乏合適的經(jīng)驗系數(shù)，導(dǎo)致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經(jīng)證明電機的鐵耗有相當(dāng)一部分是由旋轉(zhuǎn)磁化導(dǎo)致的，因此顧及旋轉(zhuǎn)磁化的電機鐵耗計算模型是本文的一個重要內(nèi)容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉(zhuǎn)磁化方式下的計算和測量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計算系數(shù)。本文提出并實現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛潑斯坦方圈測試系統(tǒng)，它可以測量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測試系統(tǒng)中對硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進(jìn)行了測量。結(jié)果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉(zhuǎn)磁化下的損耗要比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機鐵耗計算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數(shù)，但又能顧及到旋轉(zhuǎn)磁化帶來的影響。通過實際電機的計算和測試，表明軌跡法的計算結(jié)果在未經(jīng)任何系數(shù)修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復(fù)合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)電機等特點。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗證本文提出的鐵耗計算模型，本文成功地設(shè)計和制造了一臺采用軟磁復(fù)合材料的爪極式永磁電機，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過三維有限元分析，對該電機的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計算提出了計算方法。對該種電機的熱分析，本文提出了熱網(wǎng)絡(luò)法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過映射剖分法，使磁場和熱場模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計算得到的各單元鐵耗直接耦合進(jìn)熱場進(jìn)行計算，得到了電機準(zhǔn)確的溫度分布。本文還進(jìn)行了高速電機轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長度和軸承位置，使轉(zhuǎn)子的自然共振頻率遠(yuǎn)離電機的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測試平臺對樣機進(jìn)行了發(fā)電機狀態(tài)測試，并通過假轉(zhuǎn)子法測量了電機鐵耗，實驗結(jié)果證明了本文所用方法的可行性，得到的結(jié)論對軟磁復(fù)合材料的應(yīng)用及爪極式電機的設(shè)計與分析都具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-06-27
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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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了空載和負(fù)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(jìn)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(fù)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(dāng)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(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)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(jìn)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(dá)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(jìn)行了空載和負(fù)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(biāo)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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燃料電池電動汽車DC/DC變換器的諸如工作電壓、電流、效率、體積、重量、溫度這些參數(shù)指標(biāo)中溫度參數(shù)是一個尤為重要的參數(shù)。如何對DC/DC變換器內(nèi)部多點溫度參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測從而為DC/DC變換器提供可靠的溫度參數(shù)就成為本課題的直接來源和選題依據(jù)。 USB總線具有即插即用、使用方便、易于擴展以及抗干擾能力強等其它總線無法比擬的優(yōu)點。如今USB已經(jīng)成為PC上的標(biāo)準(zhǔn)接口，并迅速占領(lǐng)了計算機中、低速外設(shè)的市場。而且隨著計算機功能的不斷強大，虛擬儀器技術(shù)也在不斷發(fā)展。它代表了測量與控制技術(shù)的未來發(fā)展方向。本課題的研究目的就是希望將USB總線技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到測量系統(tǒng)中，充分利用實驗室現(xiàn)有的資源，設(shè)計一個基于USB總線和LabVIEW的多路溫度測試儀。 在了解DC/DC變換器內(nèi)部主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮測試系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，選用擴展了USB功能的微控制器芯片STM32F103和高精度溫度傳感器PT1000完成了基于恒流源的多通道溫度檢測電路原理圖與印刷電路板設(shè)計。在學(xué)習(xí)USB協(xié)議和電子芯片數(shù)據(jù)手冊的基礎(chǔ)上編寫了測試儀的下位機固件程序。通過LabVIEW中的NI—VISA開發(fā)驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)上位機與USB設(shè)備的通信功能。在LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺中編寫用戶界面并建立合理的報表生成系統(tǒng)，有效存儲數(shù)據(jù)提供用戶查詢。 直接在LabVIEW環(huán)境下通過NI—VISA開發(fā)能驅(qū)動用戶USB系統(tǒng)應(yīng)用程序，完全避開了以前開發(fā)USB驅(qū)動程序的復(fù)雜性，大大縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)成本。設(shè)計完畢后對系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件聯(lián)調(diào)，通道標(biāo)定和現(xiàn)場試驗，并進(jìn)行了精度分析。實驗結(jié)果表明課題在這一研究過程中取得了預(yù)期的良好結(jié)果。
上傳時間： 2013-06-07
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