本課題來源于國(guó)家863計(jì)劃《高速高效防爆稀土永磁同步電機(jī)研究》項(xiàng)目的部分研究?jī)?nèi)容。為了進(jìn)一步提高稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的效率，本論文主要采用有限元分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，重點(diǎn)針對(duì)稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的諧波轉(zhuǎn)子銅耗、瞬態(tài)起動(dòng)過程以及空載諧波磁場(chǎng)進(jìn)行了深入研究。 論文利用有限元電磁場(chǎng)仿真軟件MagNet，對(duì)油田抽油用22kW稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的電磁場(chǎng)仿真計(jì)算，首次，對(duì)諧波磁場(chǎng)引起的稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子銅耗進(jìn)行了深入分析。通過對(duì)22kW電機(jī)的間接法和直接法效率實(shí)驗(yàn)，分離出諧波引起的雜散損耗，并與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，證明了：實(shí)際稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)是存在轉(zhuǎn)子銅耗的，這也是和傳統(tǒng)稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)理論不同的地方。研究成果《稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子銅耗分析》發(fā)表在核心期刊《微特電機(jī)》2006年第9期上。 論文采用有限元MagNet對(duì)抽油用22kW稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了起動(dòng)過程的仿真研究，并利用先進(jìn)的動(dòng)態(tài)示波記錄儀DL750對(duì)22kW電機(jī)進(jìn)行了空載起動(dòng)過程的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有限元電磁仿真計(jì)算結(jié)果是準(zhǔn)確的，也為稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)起動(dòng)過程仿真研究》發(fā)表在核心期刊《微特電機(jī)》2007年第1期上。 論文應(yīng)用有限元電磁場(chǎng)軟件MagNet對(duì)作者設(shè)計(jì)的370W稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，得到空載諧波磁場(chǎng)的波形畸變率是6.23﹪；為了驗(yàn)證有限元分析結(jié)果的正確性，專門設(shè)計(jì)了兩臺(tái)370W稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)對(duì)拖實(shí)驗(yàn)，利用WT3000電力分析儀分析出：實(shí)際空載氣隙磁場(chǎng)波形的畸變率是3.26﹪；通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際電機(jī)的轉(zhuǎn)子鼠籠條對(duì)電機(jī)空載諧波磁場(chǎng)有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)空載氣隙磁場(chǎng)的諧波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特電機(jī)》上。
標(biāo)簽： 有限元分析 稀土 永磁同步電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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針對(duì)空間電壓欠量脈寬調(diào)制過程中存在的問題，采用理論推演與軟件設(shè)計(jì)方法，在介紹了s V P w M 的基本原理的基礎(chǔ)上，利用T I 公司的 D S P電機(jī)控制芯片 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7設(shè)計(jì)了S V P W M的實(shí)現(xiàn)方法，并給出 j - 變頻調(diào)速系統(tǒng)的全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。 通過對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制仿真實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果表明此方法是切實(shí)可行V , J ，控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能，較高的控制效果，有廣泛的應(yīng)用前景。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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永磁電動(dòng)機(jī)相比其他類型的電動(dòng)機(jī)其性能指標(biāo)突出，將廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。但是隨著電機(jī)工業(yè)朝著大容量、高功率密度、小體積的趨勢(shì)發(fā)展，永磁電動(dòng)機(jī)溫升與其它各項(xiàng)指標(biāo)在配合上發(fā)生了分歧。為了解決這些問題，就要對(duì)永磁電機(jī)進(jìn)行合理的冷卻設(shè)計(jì)及溫度計(jì)算。永磁電機(jī)的溫升計(jì)算除了要考察定子繞組處的受熱，同時(shí)也要兼顧永磁體的溫度情況‰本文對(duì)永磁電機(jī)的溫度計(jì)算及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了如下分析設(shè)計(jì)： 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(duì)永磁電機(jī)進(jìn)行溫度場(chǎng)分析。其中對(duì)自冷徑向永磁電機(jī)溫度場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)地分析與計(jì)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(diǎn)的溫度值。采用與其相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式及實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定永磁電機(jī)的散熱系數(shù)。 其次對(duì)徑向永磁電機(jī)的損耗分布進(jìn)行說明，不僅從數(shù)量上對(duì)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(duì)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(duì)永磁電機(jī)穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)時(shí)的溫度分布情況進(jìn)行分析。利用上述方法對(duì)TYJS機(jī)床電機(jī)4.4kW-3000進(jìn)行分析，比較其理論值與實(shí)驗(yàn)值之問的誤差，結(jié)果比較滿意。 最后，本文對(duì)5kW-450雙定子-單轉(zhuǎn)子盤式電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。由于徑向電機(jī)與盤式電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，分別對(duì)盤式電機(jī)的損耗分布、散熱系數(shù)的求取等不同之處與徑向電機(jī)進(jìn)行比較。對(duì)盤式電動(dòng)機(jī)外部冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，采用假定系數(shù)法，反推風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)計(jì)了該樣機(jī)的冷卻系統(tǒng)。通過以上的分析，能夠較準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的溫度值，從中得出其局部過熱點(diǎn)。這樣給電機(jī)的改進(jìn)和研制都帶來了方便。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 冷卻 溫升計(jì)算
上傳時(shí)間： 2013-06-14
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盤式永磁電機(jī)因其較高的轉(zhuǎn)矩密度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，在各種驅(qū)動(dòng)、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速的推廣和應(yīng)用。本文針對(duì)盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)展開研究，所做工作主要包括以下幾個(gè)部分： 首先，從電機(jī)的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機(jī)和徑向永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度進(jìn)行了比較，得到了兩種電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度的變化關(guān)系。推導(dǎo)了六相盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)電抗、槽漏抗等的計(jì)算公式，同時(shí)也給出了這些參數(shù)相應(yīng)的有限元計(jì)算方法，兩種計(jì)算結(jié)果基本一致。并且在對(duì)多極少齒結(jié)構(gòu)電機(jī)的漏磁系數(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該類電機(jī)的漏磁系數(shù)的計(jì)算方法。 其次，采用了針對(duì)六相電機(jī)的22極24槽結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)的主要尺寸減小，電機(jī)定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對(duì)永磁體的形狀進(jìn)行優(yōu)化，可使得永磁電機(jī)氣隙磁密波形畸變率減小，進(jìn)而降低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。定量分析了不同定子槽口寬度對(duì)空載反電動(dòng)勢(shì)波形和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律。 通過對(duì)盤式永磁電機(jī)的磁場(chǎng)分布特點(diǎn)的研究，編寫了分環(huán)法盤式永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序。通過對(duì)樣機(jī)設(shè)計(jì)值與實(shí)驗(yàn)值比較，不斷對(duì)盤式永磁電動(dòng)機(jī)的電磁程序進(jìn)行完善和修正，目前已經(jīng)形成了一個(gè)比較實(shí)用可靠的CAD軟件。 對(duì)盤式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子盤體進(jìn)行剛度計(jì)算，并且也對(duì)電機(jī)的定子進(jìn)行了固有頻率的計(jì)算，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行。 最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)5kW的雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)并做了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致。
標(biāo)簽： 高功率密度 永磁同步電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機(jī)應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機(jī)根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(jī)(無刷直流電機(jī))和正弦波永磁同步電機(jī)(永磁同步電機(jī))。正弦波永磁同步電機(jī)為實(shí)現(xiàn)其正弦波驅(qū)動(dòng)控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，通常采用機(jī)械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機(jī)械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價(jià)格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)(電壓)或電流等過零點(diǎn)獲取轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，此技術(shù)雖取消了機(jī)械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測(cè)精度不高，運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機(jī)械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的正弦波驅(qū)動(dòng)控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實(shí)現(xiàn)位置估算法的原理，針對(duì)其不足提出了一種改進(jìn)的方法，該法通過對(duì)位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)位置估算方法即使在加減速等動(dòng)態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號(hào)處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動(dòng)芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機(jī)在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時(shí)的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，文中詳細(xì)討論了位置估算程序和實(shí)現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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風(fēng)能是可再生能源，世界各國(guó)越來越重視風(fēng)能的開發(fā)和利用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開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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風(fēng)機(jī)的耗電量占全國(guó)總發(fā)電量的40﹪左右，是全國(guó)耗電最大的工業(yè)裝備，而且運(yùn)行效率比國(guó)外低10﹪～30﹪。因此在風(fēng)機(jī)(及水泵)上實(shí)行節(jié)能、節(jié)電、降耗是一個(gè)緊迫的任務(wù)，對(duì)緩解我國(guó)電能的供需矛盾、推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)、縮小我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距具有非常現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。 小型風(fēng)機(jī)(1～10千瓦)特點(diǎn)是：?jiǎn)闻_(tái)的耗電量很小，但是數(shù)量巨大，因此降低這些小型風(fēng)機(jī)的耗電量同樣具有十分深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)意義。但在這一領(lǐng)域的節(jié)能研究一直未能得到充分重視。 本論文提出一種用于驅(qū)動(dòng)小功率風(fēng)機(jī)的永磁無刷直流電機(jī)，通過調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量從而達(dá)到節(jié)能的目的。永磁無刷直流電機(jī)是近年隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的進(jìn)步而迅速發(fā)展起來的一種新型電機(jī)。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，即克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列缺點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，因此在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 本論文從永磁材料、磁體結(jié)構(gòu)、充磁方式、繞組分布、極弧系數(shù)等方面分析了風(fēng)機(jī)外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)要求，給出永磁無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)、原理及一般設(shè)計(jì)要求；根據(jù)風(fēng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求，設(shè)計(jì)制造外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)用鐵氧體永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)；針對(duì)風(fēng)機(jī)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速及各種保護(hù)要求，基于降低成本的原則，設(shè)計(jì)制造永磁無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這一設(shè)計(jì)為基于專用集成芯片的小功率無刷直流電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了試制、調(diào)試及試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明了系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單和優(yōu)越的控制性能，適于小功率無刷直流電機(jī)的控制。 樣機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)小功率風(fēng)機(jī)具有良好的性能、較低的成本，具有進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，更高的調(diào)速精度、更大的調(diào)速范圍和更快的響應(yīng)速度成為永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的迫切要求，數(shù)字化控制系統(tǒng)正代表著這一發(fā)展方向。高性能數(shù)字信號(hào)處理器(控制器)的出現(xiàn)、電機(jī)控制理論以及電力電子器件的發(fā)展都為數(shù)字化控制的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。本文采用Microchip公司專用于電機(jī)控制的dsPIC30F3011型數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)為核心，開發(fā)了用于電梯門機(jī)控制的數(shù)字化永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，并在硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上獲得了驗(yàn)證。 本文首先在永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的分析基礎(chǔ)上，深入的研究了永磁同步電機(jī)的矢量控制的原理和常用控制策略。接著，經(jīng)過比較各種矢量控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了i<,d>=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。文中對(duì)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并在此基礎(chǔ)上提出利用查表實(shí)現(xiàn)SVPWM控制的算法。然后，論文詳細(xì)論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。軟件開發(fā)均在Microchip的MPLAB IDE集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用C語(yǔ)言編寫，實(shí)現(xiàn)了帶位置傳感器的速度閉環(huán)和位置閉環(huán)矢量控制，并給出了系統(tǒng)主程序及定時(shí)中斷服務(wù)程序的流程圖。永磁同步電機(jī)矢量控制的主要控制策略如轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)、速度采樣計(jì)算及PI調(diào)節(jié)、SVPWM查表實(shí)現(xiàn)方法等都在定時(shí)中斷服務(wù)程序中完成。最后在硬件平臺(tái)上，對(duì)軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，試驗(yàn)表明本矢量控制系統(tǒng)能夠有效滿足電梯門機(jī)的控制需求，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。 在論文的最后，對(duì)全文的工作做了總結(jié)，并提出了系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善的地方。
標(biāo)簽： dsPIC 永磁同步電機(jī) 矢量控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-27
上傳用戶：HGH77P99
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高速永磁無刷直流電機(jī)應(yīng)用前景越來越廣闊，有較大的研究?jī)r(jià)值，對(duì)其電磁性能進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和設(shè)計(jì)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機(jī)，尤其是高速永磁電機(jī)的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)和樣機(jī)制造和實(shí)驗(yàn)等做了大量的工作： 對(duì)電機(jī)的磁路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)：從磁路結(jié)構(gòu)入手，分析了定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體的各種結(jié)構(gòu)優(yōu)劣及其選型、選材的根據(jù)；講述了場(chǎng)路結(jié)合的分析計(jì)算方法；給出了極數(shù)、槽數(shù)、繞組、轉(zhuǎn)子參數(shù)、定子參數(shù)和軸承的參數(shù)確定方法。 對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的電路進(jìn)行分析：從電機(jī)磁場(chǎng)分析入手，根據(jù)齒磁通分析計(jì)算了電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；根據(jù)此電動(dòng)勢(shì)的波形，推導(dǎo)了三相六狀態(tài)控制時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的電路計(jì)算模型，重點(diǎn)推導(dǎo)了電動(dòng)勢(shì)平頂寬度小于120度電角度時(shí)的電路模型，指出換相前電流波形出現(xiàn)尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對(duì)高速電機(jī)性能的影響；給出了基于能量攝動(dòng)法計(jì)算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的損耗尤其是鐵耗較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來計(jì)算鐵耗的傳統(tǒng)方法已顯得力不從心，如何準(zhǔn)確計(jì)算高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的鐵耗是困擾電機(jī)工作者的一個(gè)難題，本文根據(jù)Bertotti鐵耗分立計(jì)算模型，進(jìn)一步推導(dǎo)了考慮電機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁化對(duì)鐵耗的影響的鐵耗計(jì)算模型，其各項(xiàng)損耗系數(shù)是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數(shù)據(jù)通過回歸計(jì)算得到。通過實(shí)際電機(jī)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，表明此計(jì)算模型有較高的準(zhǔn)確度。隨著電機(jī)內(nèi)損耗的增大，溫升也是一個(gè)重要問題，為了了解電機(jī)內(nèi)的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網(wǎng)絡(luò)法永磁無刷直流電機(jī)的溫升計(jì)算模型，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行了溫升計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機(jī)的電磁計(jì)算方法，建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)的效率進(jìn)行了優(yōu)化，給出了優(yōu)化算例，并做出樣機(jī)，通過對(duì)優(yōu)化前后的方案做出樣機(jī)并進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化后測(cè)量損耗有了較大的減小。 對(duì)永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究：位置檢測(cè)技術(shù)、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統(tǒng)換相角問題，它們都對(duì)電機(jī)的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機(jī)中的安裝應(yīng)用；功率管壓降對(duì)起動(dòng)電流、功率的影響問題；控制系統(tǒng)提前或滯后換相對(duì)電機(jī)電流，輸出性能的影響，提出適當(dāng)提前換相有利于電機(jī)出力。 做出永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要包括高速永磁無刷直流電機(jī)、內(nèi)置式永磁無刷直流電機(jī)、高壓永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)、性能分析、樣機(jī)制作、實(shí)驗(yàn)分析等。建構(gòu)了對(duì)樣機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)測(cè)試、電動(dòng)機(jī)測(cè)試、損耗測(cè)量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過在測(cè)試時(shí)使用假轉(zhuǎn)子的方法成功分離出了電機(jī)鐵耗和機(jī)械損耗，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本一致。 總之，通過對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)理論和分析方法，并通過樣機(jī)的制造和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步的驗(yàn)證了這些理論和方法的準(zhǔn)確性，這對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有很好的參考價(jià)值。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 性能分析
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：阿四AIR
本課題的研究工作主要圍繞機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)展開，所做的主要工作包括以下幾個(gè)部分： 首先，釹鐵硼永磁材料導(dǎo)電率較高、耐熱性能較差，當(dāng)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)諧波含量較大時(shí)，永磁體中就會(huì)感應(yīng)出渦流形成渦流損耗導(dǎo)致永磁體發(fā)熱。因此，有必要對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)的渦流進(jìn)行計(jì)算和分析。本文分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)渦流產(chǎn)生的原因，建立渦流的數(shù)學(xué)模型并推導(dǎo)出永磁體渦流損耗的計(jì)算公式。用ANSOFT有限元軟件建立電動(dòng)機(jī)的物理模型進(jìn)行電磁場(chǎng)求解，結(jié)合路的計(jì)算公式算出永磁體的渦流損耗。 其次，運(yùn)行平穩(wěn)性是伺服電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，而轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的大小直接影響運(yùn)行平穩(wěn)性。本文分析了機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)產(chǎn)生的原因，運(yùn)用轉(zhuǎn)矩波動(dòng)計(jì)算公式結(jié)合ANSOFT有限元軟件，計(jì)算比較相同功率、相同極數(shù)不同槽數(shù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)情況。通過比較計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)百分比的大小，選擇所設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的極槽配合，以提高機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。 最后，完成機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)尺寸以及電磁參數(shù)的選取，利用有限元軟件，分析計(jì)算氣隙長(zhǎng)度變化對(duì)失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和永磁體用量的影響，以及永磁體寬度對(duì)氣隙磁密波形的影響，以此合理選擇氣隙長(zhǎng)度和永磁體的寬度，使電動(dòng)機(jī)的性能更優(yōu)良。在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)0.9kW，8極36槽的機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)樣機(jī)，并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，電機(jī)的性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的要求，證明了電機(jī)設(shè)計(jì)過程理論分析計(jì)算的正確性。
標(biāo)簽： 交流伺服 電動(dòng)機(jī) 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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