目前,在電壓互感器設(shè)計(jì)中,雖有人進(jìn)行過(guò)可靠性設(shè)計(jì)利優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究,但采用的方法仍為傳統(tǒng)方法.本文采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,它將有限元分析、可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)利優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái),因此采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法得到的方案比利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的方案更加經(jīng)濟(jì)合理.首先,本文簡(jiǎn)單介紹了電壓互感器的原理,描述了電壓互感器的分類(lèi)、基本參數(shù)和誤差分析.第二,本文研究了電磁場(chǎng)有限元分析原理,介紹了麥克斯韋方程和電磁場(chǎng)微分方程.本文采用大型通用有限元分析軟件ANSYS對(duì)電壓互感器進(jìn)行二維電磁場(chǎng)有限元分析,對(duì)電壓互感器建立了有限元數(shù)學(xué)模型和網(wǎng)格剖分,對(duì)有限元模型加載了邊界條件并進(jìn)行了求解.研究了二維磁場(chǎng)分析單元PLANE53單元利電路模擬單元CIRCU124單元的特點(diǎn)及使用方法.第三,對(duì)電壓互感器的瓷套部分進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì).瓷套所受的彎曲負(fù)荷應(yīng)力很多,主要包括:風(fēng)力負(fù)荷產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力,地震負(fù)荷產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力,產(chǎn)品運(yùn)輸中傾斜產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力.本文研究了瓷套的應(yīng)力分布的確定方法,將多種應(yīng)力疊加在一起,推出了應(yīng)力分布參數(shù)的計(jì)算公式.瓷套的應(yīng)力、強(qiáng)度利各設(shè)計(jì)變量均可認(rèn)為服從正態(tài)分布,在設(shè)計(jì)時(shí)作為正態(tài)分布變量處理.本文應(yīng)用應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論,對(duì)電壓互感器瓷套的可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究.第四,研究了ANSYS軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊,研究了采用ANSYS軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟和優(yōu)化工具及方法.利用ANSYS軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言與其OPT模塊,實(shí)現(xiàn)了有限元數(shù)值計(jì)算與優(yōu)化設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合.并以額定一次電壓35KV,額定二次電壓100V,額定頻率50HZ的電壓互感器為例,進(jìn)行了有限元分析計(jì)算利優(yōu)化設(shè)計(jì).根據(jù)電壓互感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,確定設(shè)計(jì)變量為繞組導(dǎo)線規(guī)格和鐵心結(jié)構(gòu)尺寸.優(yōu)化循環(huán)結(jié)束以后,可以選擇列出所有參數(shù)的數(shù)值,也可以只列出優(yōu)化變量,可以用圖顯示指定的參數(shù)隨序列號(hào)的變化情況,通過(guò)多方案的比較,得到最優(yōu)方案.將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于生產(chǎn)廠家,可節(jié)省研究開(kāi)支,大大縮短開(kāi)發(fā)周期,減少計(jì)算誤差,減少試驗(yàn)費(fèi)用,降低成本,提高產(chǎn)品的可靠性,因此本項(xiàng)目的研究具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.
標(biāo)簽： 電壓互感器 設(shè)計(jì)方法
上傳時(shí)間： 2013-06-10
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該文介紹了一種新型高壓發(fā)電機(jī)電力發(fā)生器,它無(wú)需升壓變壓器即可直接連接到電網(wǎng),其定子采用多層同心式繞組,槽內(nèi)導(dǎo)體為高壓電纜,高壓電纜的引入克服了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出電壓不能高于36kV的限制;并簡(jiǎn)要介紹了這種發(fā)電機(jī)的全新設(shè)計(jì)與應(yīng)用前景;最后針對(duì)電力發(fā)生器不同于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu),借助有限元分析軟件進(jìn)行了端部的建模、端部磁場(chǎng)、端部漏抗與端部電磁力的求解.文中圍繞一模型樣機(jī),首先介紹了三維渦流場(chǎng)計(jì)算與利用磁場(chǎng)儲(chǔ)能進(jìn)行參數(shù)計(jì)算的理論基礎(chǔ).之后進(jìn)行了對(duì)定子端部區(qū)域的建模,由于電力發(fā)生器采用多層同心式繞組,其端部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,這對(duì)模型的建立、剖分都帶來(lái)了相當(dāng)大的難度.為了達(dá)到簡(jiǎn)化分析計(jì)算的目的,我們對(duì)所求解的實(shí)際模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理,并闡述了簡(jiǎn)化的理論根據(jù).在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了如何利用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行具體分析計(jì)算,包括網(wǎng)格剖分、電流加載及邊界條件的處理.最后得出了端部磁場(chǎng)矢量分布圖,端部漏抗值及端部繞組的電磁力分布規(guī)律.該文采用了簡(jiǎn)化模型的方法進(jìn)行計(jì)算,為了驗(yàn)證簡(jiǎn)化的合理性,我們進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證.結(jié)果表明,文中所采用的簡(jiǎn)化方法是合理的.該文所進(jìn)行端部磁場(chǎng)、端部漏抗及端部電磁力計(jì)算,為進(jìn)一步分析其他工況下電力發(fā)生器端部電磁力及振動(dòng)提供了參考.
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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直流偏磁是變壓器的一種非正常工作狀態(tài)，是指在變壓器的勵(lì)磁電流中出現(xiàn)了直流分量。在直流輸電系統(tǒng)中，由于換流站的工作特性，有直流電流分量流過(guò)換流變壓器的繞組，產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象，這一現(xiàn)象將對(duì)換流變壓器的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響，如勵(lì)磁電流發(fā)生畸變、變壓器鐵心損耗增加及鐵心高度飽和引起的漏磁通增加。因此，從電磁場(chǎng)的角度分析這一現(xiàn)象是必要的。 由于鐵磁材料的非線性，不能應(yīng)用疊加原理分析直流偏磁時(shí)的勵(lì)磁情況。為此，本文應(yīng)用了二維瞬態(tài)場(chǎng)路直接耦合有限元法，借助大型有限元分析軟件Ansoft，定量分析了在不同等級(jí)直流偏磁電流作用下，換流變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)下的勵(lì)磁電流波形情況，結(jié)果表明，直流偏磁使鐵心中的磁通密度發(fā)生偏移，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流波形呈現(xiàn)正負(fù)半波極不對(duì)稱(chēng)的形狀，并且直流偏磁量越大勵(lì)磁電流的畸變?cè)絿?yán)重。 在求出直流偏磁量與勵(lì)磁電流峰值關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一種基于鐵心空載損耗數(shù)據(jù)的方法，定量分析了在不同等級(jí)直流偏磁電流作用下，換流變壓器鐵心損耗情況，結(jié)果表明，隨著直流偏磁電流的增加，鐵心損耗也會(huì)隨之增加，這會(huì)導(dǎo)致鐵心溫升上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鐵心局部過(guò)熱，影響變壓器的正常運(yùn)行。 在漏磁場(chǎng)分析中，討論了變壓器漏磁場(chǎng)的類(lèi)型和作用，經(jīng)過(guò)合理簡(jiǎn)化，建立了換流變壓器二維漏磁場(chǎng)計(jì)算模型，應(yīng)用二維瞬態(tài)場(chǎng)路直接耦合有限元法，分析了不同等級(jí)直流偏磁電流作用下，換流變壓器漏磁場(chǎng)分布情況，結(jié)果表明，隨著直流偏磁量的增加，不同位置處漏磁場(chǎng)分量的變化規(guī)律基本不變，但漏磁在增加，且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上傳時(shí)間： 2013-06-25
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永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有慣量小、控制簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)良特性，因此在航天、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。無(wú)刷直流電機(jī)在國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用于對(duì)系統(tǒng)要求較高的場(chǎng)合，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)也引起了廣泛的興趣。本課題針對(duì)輪式機(jī)器人，設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)并設(shè)計(jì)相應(yīng)控制系統(tǒng)。 首先，本課題分析了機(jī)器人用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、繞組連接，并對(duì)三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)星角接工作方式進(jìn)行比較，按照無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)兩種模式運(yùn)行、多極分?jǐn)?shù)槽等特點(diǎn)進(jìn)行局部設(shè)計(jì)。最終以爬坡時(shí)狀態(tài)為參考，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算得到無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的初始設(shè)計(jì)方案。 其次，為了提高設(shè)計(jì)的可靠性及設(shè)計(jì)成本，本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來(lái)對(duì)所設(shè)計(jì)的電磁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。應(yīng)用Maxwell 2D軟件進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和校驗(yàn)，以校核仿真結(jié)果參數(shù)能否與設(shè)計(jì)方案相吻合。 最后設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的PIC單片機(jī)控制系統(tǒng)并對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)仿真。控制系統(tǒng)CPU采用PIC16F877單片機(jī)，它能夠提供最佳的性能價(jià)格比。系統(tǒng)采用IGBT 專(zhuān)用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路IR2130，來(lái)控制系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)電機(jī)在系統(tǒng)中的性能。 結(jié)論，本課題主要包括五部分：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)繞組連接分析，初始數(shù)據(jù)方案設(shè)計(jì)，Maxwell對(duì)電磁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)PIC單片機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。通過(guò)這五部，本文完成了輪式機(jī)器人用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)及相應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
標(biāo)簽： 輪式機(jī)器人 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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風(fēng)能是可再生能源，世界各國(guó)越來(lái)越重視風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)始研究高效率永磁電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用。在山東省科技廳資助下，本文研究了一種新型結(jié)構(gòu)的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)，其高運(yùn)行效率和特殊的電機(jī)結(jié)構(gòu)，使其在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中存在著巨大優(yōu)勢(shì)。本文主要研究的內(nèi)容如下： 第一部分首先給出了雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、等效磁路、工作原理，然后對(duì)雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)電樞反應(yīng)電感參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 第二部分對(duì)雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的空載感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行解析計(jì)算和有限元分析驗(yàn)證。首先通過(guò)引入相對(duì)比磁導(dǎo)函數(shù)，給出了雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)考慮齒槽效應(yīng)時(shí)定子表面的磁場(chǎng)分布，并給出了相應(yīng)的波形。然后采用矢量合成法推導(dǎo)了空載感應(yīng)電勢(shì)的表達(dá)式，為了驗(yàn)證空載電勢(shì)解析法的正確性，本文采用有限元法對(duì)其分析計(jì)算。通過(guò)比較得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，針對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，提出了三種改善電勢(shì)波形的方法，并利用解析法對(duì)其進(jìn)行分析，證明了這幾種措施的可行性。 第三部分針對(duì)halbach磁體電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的潛在優(yōu)勢(shì)，主要研究了halbach磁體結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的電勢(shì)和齒槽轉(zhuǎn)矩。首先給出了halbach陣列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁體結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的磁場(chǎng)分布及空載電勢(shì)波形，并對(duì)其進(jìn)行了諧波分析。最后利用能量的虛位移法推導(dǎo)了雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，對(duì)于halbach磁體雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，提出了三種減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，并通過(guò)有限元分析進(jìn)行了比較，證明了這幾種措施的可行性。 第四部分對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，提出了先分別設(shè)計(jì)內(nèi)外電機(jī)再統(tǒng)一調(diào)整的設(shè)計(jì)方法，最后設(shè)計(jì)制作了樣機(jī)，給出了樣機(jī)圖片。并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)的空載電勢(shì)波形，電機(jī)的電勢(shì)-轉(zhuǎn)速曲線，電機(jī)的負(fù)載電壓-電流特性曲線，并測(cè)量了電樞反應(yīng)電感數(shù)值，通過(guò)對(duì)比可以得出：試驗(yàn)值、解析值和有限元值吻合很好。
標(biāo)簽： 轉(zhuǎn)子 風(fēng)力發(fā)電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-08-04
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自上世紀(jì)初以來(lái)，電力發(fā)電、輸配電系統(tǒng)都是三相系統(tǒng)。因此，大多數(shù)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)都是由三相電機(jī)與三相變頻器構(gòu)成的。但是目前三相電機(jī)的地位已經(jīng)受到一定的挑戰(zhàn)，一是在低壓大功率的傳動(dòng)場(chǎng)合，二是在對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的場(chǎng)合。而多相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)除了可以用低壓功率器件實(shí)現(xiàn)大功率等級(jí)外，具有多相冗余結(jié)構(gòu)使調(diào)速系統(tǒng)的可靠性得以改善。因此，多相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究受到日益廣泛的關(guān)注。 和常規(guī)的三相感應(yīng)電機(jī)相比多相感應(yīng)電機(jī)有著許多優(yōu)點(diǎn)，例如多相感應(yīng)電機(jī)在一相或多相定子繞組開(kāi)路和短路時(shí)仍然可以起動(dòng)或繼續(xù)運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，轉(zhuǎn)子損耗小，運(yùn)行性能好，可以在不提高相電壓的情況下增加電機(jī)的容量，比較適合應(yīng)用于艦艇推進(jìn)系統(tǒng)等方面。 本文在傳統(tǒng)的三相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，致力于研究多相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，以多相感應(yīng)電機(jī)為主要研究對(duì)象，進(jìn)行了深入的研究，主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)多相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)作了較為全面的綜述，介紹了多相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 2、研究了多相感應(yīng)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。從電機(jī)的繞組連接方式入手，對(duì)多相感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了諧波分析，從理論上證明了多相電機(jī)相對(duì)于三相電機(jī)在減小諧波含量方面的優(yōu)越性，同時(shí)探討了多相感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 3、在三相感應(yīng)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序的基礎(chǔ)上整理推導(dǎo)了多相感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)程序，并用Visual C＋＋編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了多相感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)軟件。 4、對(duì)多相感應(yīng)電機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，運(yùn)用電磁場(chǎng)有限元分析軟件Maxwell 2D對(duì)本論文中的樣機(jī)的瞬態(tài)磁場(chǎng)進(jìn)行分析，分析結(jié)果同用VC所編寫(xiě)的電磁設(shè)計(jì)程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)樣機(jī)數(shù)據(jù)的合理性。
標(biāo)簽： 多相 感應(yīng)電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)鐵耗一直是困擾電機(jī)設(shè)計(jì)者的一個(gè)難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測(cè)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算電機(jī)齒部和軛部由基波磁場(chǎng)造成的損耗，對(duì)于計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差通過(guò)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來(lái)修正。這種方法對(duì)于已經(jīng)長(zhǎng)期制造和使用的電機(jī)而言勉強(qiáng)適用，對(duì)于近年來(lái)發(fā)展很快的永磁電機(jī)、高速電機(jī)和其他新結(jié)構(gòu)電機(jī)，由于缺乏合適的經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(jī)鐵耗計(jì)算模型是本文的一個(gè)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(jì)算和測(cè)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(jì)算系數(shù)。本文提出并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛(ài)潑斯坦方圈測(cè)試系統(tǒng)，它可以測(cè)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(cè)試系統(tǒng)中對(duì)硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進(jìn)行了測(cè)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(jī)鐵耗計(jì)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(lái)的影響。通過(guò)實(shí)際電機(jī)的計(jì)算和測(cè)試，表明軌跡法的計(jì)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(jī)等特點(diǎn)。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗(yàn)證本文提出的鐵耗計(jì)算模型，本文成功地設(shè)計(jì)和制造了一臺(tái)采用軟磁復(fù)合材料的爪極式永磁電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過(guò)三維有限元分析，對(duì)該電機(jī)的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計(jì)算提出了計(jì)算方法。對(duì)該種電機(jī)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(jī)總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過(guò)映射剖分法，使磁場(chǎng)和熱場(chǎng)模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計(jì)算得到的各單元鐵耗直接耦合進(jìn)熱場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，得到了電機(jī)準(zhǔn)確的溫度分布。本文還進(jìn)行了高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長(zhǎng)度和軸承位置，使轉(zhuǎn)子的自然共振頻率遠(yuǎn)離電機(jī)的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測(cè)試平臺(tái)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了發(fā)電機(jī)狀態(tài)測(cè)試，并通過(guò)假轉(zhuǎn)子法測(cè)量了電機(jī)鐵耗，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文所用方法的可行性，得到的結(jié)論對(duì)軟磁復(fù)合材料的應(yīng)用及爪極式電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析都具有很好的參考價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-06-27
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在永磁無(wú)刷直流電機(jī)中，即使電樞繞組不通電，由于水磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)同定子鐵芯的齒槽相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即齒槽定位力矩。定位力矩使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。影響齒槽轉(zhuǎn)矩的因素很多，如齒槽的數(shù)量、齒槽形狀、斜槽角度、磁鋼的極弧系數(shù)以及輔助凹槽等等，因此，準(zhǔn)確計(jì)算定位力矩較為復(fù)雜。本文利用麥克斯韋張量法來(lái)分析定位力矩，為電機(jī)設(shè)計(jì)提供理論參考。文中闡述了齒槽力矩產(chǎn)生機(jī)理，綜述了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，探討了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的發(fā)展趨勢(shì)。 本文以永磁無(wú)刷直流電機(jī)為對(duì)象，利用Ansoft有限元仿真軟件，通過(guò)有限元分析對(duì)改變槽口寬度、定子斜槽、改變極弧系數(shù)和定子沖片增加輔助凹槽對(duì)定位力矩的影響進(jìn)行了研究。深入分析了沖片輔助凹槽對(duì)抑制永磁無(wú)刷直流電機(jī)定位力矩的作用，因?yàn)闆_片面加輔助凹槽的方法，生產(chǎn)中便于加工，對(duì)電機(jī)性能影響很小。結(jié)果表明，同一沖片上在對(duì)稱(chēng)位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對(duì)稱(chēng)地加兩個(gè)輔助凹槽時(shí)，輔助凹槽角度不同作用不同。對(duì)不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。 最后對(duì)這幾種抑制定位力矩的方法進(jìn)行優(yōu)化組合，找出了一個(gè)最優(yōu)的抑制永磁無(wú)刷直流電機(jī)定位力矩的方案。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 定位 力矩
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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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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永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)作為交流伺服系統(tǒng)的主流，在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能。因此，精心設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本課題系統(tǒng)研究了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的本體設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)方法、性能計(jì)算、有限元分析、參數(shù)計(jì)算、控制仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等。 首先，綜述和分析了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀、存在問(wèn)題和發(fā)展前景，研究了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和方法。開(kāi)發(fā)了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的電磁計(jì)算程序，結(jié)合有限元計(jì)算數(shù)值的校正，完成對(duì)樣機(jī)的性能計(jì)算，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。 接著，深入分析永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，得到充磁方式、極弧系數(shù)、不均勻氣隙、永磁體厚度等因素對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響，繪制了各因素對(duì)氣隙磁場(chǎng)基波和諧波總量影響的曲線，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場(chǎng)。并拓展研究總結(jié)了不同永磁體形狀和尺寸對(duì)永磁直流電動(dòng)機(jī)在換向和性能上的影響，取得有實(shí)用價(jià)值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet電磁分析軟件建立了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的有限元分析模型，深入研究了電機(jī)的反電勢(shì)波形、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能和齒槽轉(zhuǎn)矩，計(jì)算了直、交軸同步電抗等重要參數(shù)。建立了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并進(jìn)行了仿真研究。 最后，對(duì)永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析，包括反電勢(shì)波形與磁場(chǎng)波形測(cè)試、性能曲線測(cè)試、直交軸同步電抗的測(cè)量。對(duì)測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。
標(biāo)簽： 永磁同步 伺服 電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-08-04
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