永磁無刷直流電動機是一種先進的集電力電子變換器與永磁電機本體于一體的機電一體化系統,它既具備交流電動機結構簡單、運行可靠、維護方便的一系列優點,又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好的諸多特點.正是由于這些原因,自上世紀末起,逐漸形成永磁無刷直流電機的研究熱潮.在此背景下,本文以此為課題,對永磁無刷直流電機系統進行了一些理論分析和實踐應用.本文首先在綜合國內外有關文獻的基礎上,分析了永磁無刷直流電機的發展歷程、現狀和趨勢,提出了目前存在的一些問題.介紹了永磁無刷直流電機的結構和運行原理,推導出永磁無刷直流電機的數學模型.針對永磁無刷直流電機的轉矩脈動,本文詳細分析了各種調制斬波方式對注入電機電流以及轉矩脈動的影響,比較分析各種斬波方式下系統運行情況,提出一種有利于減少轉矩波動的斬波方式.同時,本文還提出了一種回饋制動的方式,進一步提升系統性能,節約能源.在大型永磁電機磁極設計中,通常采用多塊磁鋼來組成勵磁磁極.考慮到磁鋼本體的分散性和加工誤差,本文從工程實際應用出發,提出了一種磁鋼優化配置方法,保證每個磁極中各段磁鋼產生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,從電機本體設計角度上提高系統性能.本文在理論分析基礎上,以單片機和功率智能模塊為硬件平臺,實現了一套多相永磁無刷直流電機系統.針對理論分析,進行了各種方案的比較分析,經過試驗結果和仿真分析結果,進一步支持了論證了理論分析正確性和實用性.同時,對于實際應用中的一些問題,本文也做了一些工作,提出一些分析和改進.
上傳時間： 2013-08-04
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本文對永磁無刷直流電機恒功率弱磁研究進行了較為全面的從仿真到實驗、從理論到實踐的深入研究,同時對傳統面貼式永磁無刷直流電機和復合轉子結構的永磁無刷直流電機進行了詳盡地理論分析,系統地提出了關于復合轉子結構永磁無刷直流電機一套較為完善的理論.本文首先從BLDCM的導通規律和繞組結構入手,真實模擬了傳統面貼式永磁無刷直流電機弱磁調速的物理過程,并獲得其在恒轉矩和恒功率模式下的解析表達式.從而直觀的反映了BLDCM的弱磁機理,獲得了影響其恒功率速度范圍的關鍵參數.借鑒復合轉子結構在永磁同步電機恒功率弱磁中的成功運用,將這種結構引入永磁無刷直流電機中,并完成了兩臺不同磁阻形式和功率、電壓等級的原型樣機的研制.針對原有d、q軸法的局限性,提出了真實模擬永磁無刷直流電機導電方式的場路結合法實現對永磁無刷直流電機的弱磁分析.在場路結合法分析的基礎上,提出了磁阻段提高恒功率速度范圍的真實原因,并進一步提出了采用永磁段、磁阻段雙d軸錯角以擴大轉速范圍的新思想,并在實踐中驗證了這種雙軸空間錯角技術的有效性.從而為復合轉子結構永磁電機運行性能優化提供了新的可供選擇的調節手段.
上傳時間： 2013-08-02
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艦船、飛機、移動通訊、石油鉆井平臺等獨立系統中有許多交直流電力并存的場合，需要實現發供電系統的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質。常規的電勵磁發電機因為帶有電刷使供電系統的運行安全存在隱患，并且勵磁機的使用增加了電機的體積和損耗。為使系統節能高效，本文設計并制作了應用于獨立交直流電力系統的交直流永磁同步發電機。永磁電機定子上帶有三套三相繞組，一套繞組用于提供交流電力，其余的兩套繞組相位互差30度電角度，接整流器為直流負載供電。文中對電機的設計以及電機的基本性能進行探討。為了減小永磁發電機的電壓調整率，在電機的交軸與電機的永磁磁極尾部之間加一軟磁材料，通過增加電機負載時的交軸電抗壓降，來改善電機的電壓調整率。 首先，針對永磁電機設計的特殊性，應用二維有限元法計算電機的電磁場以確定電機的主要尺寸，并討論了不同軟磁材料尺寸對電機的影響。文中還根據電磁場的計算結果，應用傅立葉級數計算了電機的空載感應電動勢以用于預測電機的性能，使用能量攝動法計算了計及飽和、槽影響下的電機電感參數。考慮到永磁材料的溫度性能問題，應用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩態時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發電機的主要電磁關系，研究了電機的數學模型，推導了考慮漏磁時具有三套互差一定電角度三相繞組的永磁發電機在dq0坐標系下的方程，可以看到，在dq0坐標系下電機的電感參數為常數。這樣，利用這個特性，在對電機運行性能進行研究時，可以得到簡化電磁方程。根據電機穩態運行時的方程，得到了電機的向量圖。 因為帶有多套繞組的永磁電機中含有較多的諧波，而采用dq0坐標系下的方程會忽略掉氣隙磁場中的諧波分量，為了對電機的仿真更加精確，電機仿真時采用電機在ABC坐標系下的基本電磁方程。應用Matlab/SimPowerSystems中的模塊搭建電機的仿真模型，永磁體的影響用感應電動勢來表示。根據仿真結果與樣機試驗結果的比較發現，兩者吻合良好。 另外，本文還設計了一臺電勵磁的交直流發電機，電磁設計結果表明，永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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在國內，目前工控領域廣泛用到的伺服系統(包括伺服電機和伺服驅動器)有整套購買國外某一個廠商的，也有自己開發電機，然后購買國外的伺服驅動器來配置伺服系統。前一種情況伺服電機與驅動器之間的整合程度是比較高，而后一種情況伺服電機的設計容易忽視與之配套的伺服驅動器的控制策略以及伺服驅動器的輸出電壓，輸出電流特點，很容易造成所設計的伺服電機不能充分發揮其性能以及材料的不合理利用。本文討論了作為伺服電機用的永磁同步電動機在整合伺服驅動器控制方式和輸出電壓、電流特性下的設計過程。 本文首先簡要介紹了永磁同步電動機作為伺服電機較其他類型的電機的優勢，接著以永磁同步電動機作為伺服電機，對給定指標要求的永磁同步電動機，在永磁體分別采用表面安裝和內置兩種轉子磁路結構時進行了場路結合的設計與分析，分析了在磁場定向控制方式下兩種轉子磁路結構的永磁同步電動機的工作特性、轉矩脈動等。得出了永磁體表面安裝轉子磁路結構的永磁同步電動機作為伺服電機時更適合磁場定向控制運行的結論。 此外，從已經成功設計了的永磁同步電動機出發，整合所設計的永磁同步電動機將要采用的驅動器其控制方式，并在一些有依據的假設前提下確定了電機的能量包函數(包括功率、轉速等一些額定指標)與一些主要尺寸函數表達式。初步得出了一種行之有效的、快速確定使用同一套定轉子沖片伺服電機尺寸的方法。 最后試制了樣機以及其在伺服驅動器下進行了實驗，并比較分析了實驗和理論分析的結果。
上傳時間： 2013-05-30
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DSP技術的迅速發展,為研制這種計量裝置提供了有力的技術支持.本裝置就是通過采樣電路采集到電網的電壓和電流等數據,利用DSP快速處理數據的能力,對電壓和電流采樣數據進行FFT變換,得到各次諧波電壓和電流的值,再根據諧波功率和電能計算方法,計算出各次諧波的電能.本裝置硬件和軟件都采用模塊化設計.硬件分為四個部分,前置電路、采樣電路、DSP電路和顯示電路;軟件也分四部分,分為主程序、采樣子程序、FFT子程序和功率電能計算子程序.經過實驗測試和誤差仿真修正,本裝置能準確地計量電網中各次諧波電能,其計量精度可達0.2級.若再做進一步的完善,本裝置完全可做到實用化,具有廣泛的應用前景.
上傳時間： 2013-04-24
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動力傳動中的直線往復運動往往是通過旋轉運動在傳動裝置的作用下實現的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運動裝置的較好選擇是直線開關磁阻電機(LSRM)。但是，這種電機很少得到運用，這是因為LSRM的數學模型很難準確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉開關磁阻電機的轉矩脈動)也很難克服，因而控制起來比較困難。隨著電力電子技術和數字技術的發展，直線開關磁阻電機以其簡單結實的電機結構、優越的性能和經濟指標，近年來受到學術界的極大關注，不少大學和研究機構都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進的控制策略簡化機械裝置”的指導思想下，結合目前國際學術界的最新研究成果，對直線開關磁阻電機的理論、結構設計和系統仿真進行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導出直線開關磁阻電機的數學模型，并在此基礎上結合具體參數進行電機的結構設計，分析了各參數的靜態特性，推導出動態方程和傳遞函數，建立了非線性動態模型，利用該模型進行系統的動態特性分析，給出仿真結果；對系統進行優化，提出了一種簡單可行的參數選擇方法。仿真結果表明，其動態響應性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎上，引進軟開關技術，用來降低電機的損耗和脈動。采用TMS320VC33進行數據處理，給出了與DSP相連接的相關檢測電路。 為了降低和消除開關磁阻電機的脈動和噪聲，本文利用滑模變結構控制具有快速響應和對外部變化不靈敏等優點，設計了LSRM滑模變結構控制系統。仿真結果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機的結構和開關磁阻電機的原理和控制方式結合起來，對直線開關磁阻電機進行深入的分析，并在動態特性上進行較多的理論和仿真分析，在保持開關磁阻電機固有的優點上，進一步簡化電機的結構，使之能在一些特殊場合使用，以提高整個傳動系統的效率。 研究結果表明，直線開關磁阻電機的結構十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關磁阻電機的研究和推廣運用是很有前途的。
上傳時間： 2013-06-20
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（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矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有：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。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理，推導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虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。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、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。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。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；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構形式、高度、根數以及形狀的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構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。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低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，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。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結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多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據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頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，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，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863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”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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本文主要研究電壓矢量定向控制和直接功率控制這兩種關于PWM整流器的控制策略，并針對電網不平衡情況對三相PWM整流器作了相應的研究。 首先對PWM整流器的原理做了詳細的介紹，主要是拓補結構，工作原理，分別在ABC靜止坐標系、αβ靜止坐標系和dq旋轉坐標系中建立了低頻和高頻數學模型。選擇了電壓型的三相PWM整流器作為研究對象，并在dq坐標系中對其數學模型進行解耦。此外設計了基于TMS320F2812和IPM模塊的硬件實驗系統，介紹了硬件系統的電感和電容的參數設計。 介紹了間接和直接電流控制，并在直接電流控制中，引入了空間電壓矢量定向控制，給出了實現該控制策略的主要算法，并建立了仿真模型。直接功率控制是近來發展起來的三相PWM整流器控制技術，在詳細介紹了傳統的直接功率控制策略后，針對其存在的問題，提出了空間電壓矢量調制的直接功率控制策略，并通過仿真和實驗驗證了控制策略的有效性。最后在三相電網不平衡的條件下，研究了對三相VSR的影響。詳細分析了抑制直流電壓波動的雙電流控制方法，以改善三相VSR在電網不平衡條件下的輸入輸出性能。
上傳時間： 2013-06-09
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本文提出了一種LED發光顯示牌的設計方案制作燈箱，其具有無燈絲光源、無逆變器能量消耗和系統直流供電等優點。LED發光顯示牌是LED在照明領域中的 一個重要應用，設計原理基于Notebook的液晶顯示器，是將點光源轉換成面光源的科技產品。為增強顯示牌的發光效果，在設計中還合理地應用到了光學級 PMMA導光板、反射膜和擴散膜等材料，并對它們的特性及其在系統中的作用進行了詳細的理論分析。同時在分析大量實驗數據的基礎上，證明了設計方案 的可行性。 系統中的太陽電池、蓄電池、負載LED的優化匹配也是一個值得研究的問題。本文從容量、功率匹配等方面對系統進行了優化設計。 太陽能發電和常規能源發電不同，它具有隨機不確定性。而這種時變性又增加了系統的不穩定性因素。本文根據課題的要求提出了一種應用于光伏照明 系統的充放電控制器的設計方案，較好地解決了系統中太陽電池輸出能量不穩定的缺陷，同時還對蓄電池和負載LED進行各種控制和保護。最后，給出了硬 件電路的設計和軟件算法，并提供了相關實驗數據和波形。
上傳時間： 2013-06-20
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作為數控機床、機器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業的發展，永磁交流伺服系統成為國內外研究和應用的一個重要領域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進步，伺服系統也逐步向全數字化方向發展，全數字化系統具有可靠性高、實現新控制策略容易、功能豐富等優點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制的最新發展，分析了從基礎理論到最新的控制算法的有關永磁同步電機空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(PMSM)的數學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實驗研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機轉速達到基本轉速之前采用最大轉矩/電流策略控制，超過基本轉速之后采用弱磁擴速的電流控制策略，使電機具有更大的調速空間，該策略可實現電壓矢量近似連續調節，有效減小了PMSM 的轉矩脈動，提高了系統的性能，仿真結果證明了這一結論。 在上述工作的基礎上，研制開發了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數字永磁交流調速系統。該系統以空間矢量PWM 控制為核心。
上傳時間： 2013-06-08
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