為設計高性能、低損耗的電機，需要準確地分析電機鐵耗。本文從鐵磁材料的磁化特點出發，以分離鐵耗模型為基礎，對交變磁化以及旋轉磁化條件下鐵磁材料和電機的鐵耗進行分析和計算，分別從理論和實踐角度著重就電機鐵耗計算和測量中的一些相關問題作了深入研究。 按照分離鐵耗模型，鐵心損耗可以分成磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗。本文首先從交流磁滯回線的產生機理出發，在Preisach靜態磁滯模型的基礎上，利用極限磁滯回線的對稱性，采用人工神經網絡技術，建立了Preisach人工神經網絡磁滯仿真模型，實現了對鐵磁材料交流磁滯回線的理論計算，為磁滯損耗的理論分析和計算奠定了基礎；為對交流磁滯回線進行實測，本文給出了一種采用愛潑斯坦方圈測量鐵磁材料交流磁滯回線與磁滯損耗的新方法，該方法克服了環形樣片測量法的不足，操作簡單，且測量精度高，具有較好的實用價值。利用該方法得到的實驗數據很好地驗證了理論計算結果。 對渦流損耗以及異常損耗的計算模型，本文系統地給出了其推導過程，對模型中的參數進一步加以明確，并對模型的特點進行了分析。鐵磁材料異常損耗計算模型是基于統計學原理推導而來的，模型中參數的確定涉及到鐵磁材料的微觀特性，本文給出了通過實驗確定其參數的具體方法；考慮到工程中異常損耗計算模型是其理論模型的簡化形式，文中對兩者的差別進行了分析。 在分析電機鐵耗時，既要考慮鐵心材料本身的損耗特性，也要考慮電機供電方式以及鐵心中磁場變化等因素對鐵耗的影響。在對鐵磁材料損耗特性分析的基礎上，本文考慮到局部磁滯回環對電機鐵耗的影響，推導了計及局部磁滯作用的電機鐵耗模型，并從理論上對C.P.Steinmetz的磁滯損耗經驗公式進行了驗證，從而明確了公式中經驗系數的物理意義；同時通過實驗研究，分析了磁化頻率對磁滯損耗系數的影響，提出了在磁化頻率較高時分段確定磁滯損耗系數的方法；考慮到現代電機控制策略以及供電方式的多樣性，本文對正弦波、方波以及三角波電壓供電時鐵心材料的交變鐵耗模型分別進行了推導，給出了其解析表達式，并通過實測證明了模型的有效性；對SPWM這類應用較為廣泛的非正弦供電方式，推導了電機交變損耗的一般計算模型，分析了SPWM變頻器供電時電機鐵耗與變頻器參數的關系，給出了其關系的數量表達式; 同時采用改進的愛潑斯坦方圈試驗平臺對非正弦供電條件下的鐵磁材料損耗和電機鐵耗進行了實驗研究。 考慮到電機鐵心制造過程中沖壓對鐵心材料特性的影響，本文提出了一套簡便的對鐵磁材料進行沖壓影響研究的實驗方法，利用該方法，有效地對材料的沖壓影響特性進行了分析。在實驗研究的基礎上，本文推導了考慮沖壓影響時的鐵磁材料損耗的修正系數，從而在傳統交變鐵耗分離模型的基礎上，建立了計及沖壓影響的電機鐵耗計算模型。對模型中引入的沖壓影響修正系數，給出了詳細的推導過程和明確的計算方法，從而使傳統的經驗修正方法得到改善。 在旋轉電機中，除交變磁化外，同時還存在大量的旋轉磁化。本文對旋轉磁化的物理機理進行了初步探討，分析了旋轉磁化條件下的損耗特點，系統介紹了當前鐵磁材料旋轉磁化性能以及旋轉磁化損耗實驗測量和理論計算的方法和手段。 在以上鐵耗理論的基礎上，充分考慮鐵心的非線性及磁滯特性，本文建立了一般條件下的鐵心動態電路模型，并將該模型應用于異步電動機鐵心等效電路中，推導了異步電動機動態鐵耗的分離等效電阻。以一臺三相異步電動機為樣機，采用以上鐵耗的動態分離等效電阻，有效地對電機鐵耗進行了分離，從而為深入研究電機的動態鐵耗特性提供了便利。 論文最后以一臺永磁無刷直流電機為例，對電機的運行特性以及鐵心損耗進行了分析計算。分析中應用場路結合法，建立了永磁無刷電機換流等效電路模型，采用鏡像法建立了深槽無刷電機電樞反應分析模型；在電機鐵耗分析中，推導了考慮旋轉磁化的電機鐵耗工程計算模型，對樣機鐵耗進行了理論計算，并通過構建實驗平臺，對旋轉磁化條件下的樣機空載鐵耗進行了測量，最終理論值與實測值吻合良好，證明了上述方法的有效性。
上傳時間： 2013-07-02
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隨著電力電子技術的發展，高速永磁無刷直流電機應用前景越來越廣闊，有較大的研究價值，對其電磁性能進行準確的分析和設計具有重要的經濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機，尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優化設計、控制系統和樣機制造和實驗等做了大量的工作： 對電機的磁路進行分析設計：從磁路結構入手，分析了定子鐵芯、轉子鐵芯和永磁體的各種結構優劣及其選型、選材的根據；講述了場路結合的分析計算方法；給出了極數、槽數、繞組、轉子參數、定子參數和軸承的參數確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析：從電機磁場分析入手，根據齒磁通分析計算了電樞繞組的感應電動勢；根據此電動勢的波形，推導了三相六狀態控制時，電動勢的電路計算模型，重點推導了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型，指出換相前電流波形出現尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機性能的影響；給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內的損耗尤其是鐵耗較大，根據經驗系數來計算鐵耗的傳統方法已顯得力不從心，如何準確計算高速永磁無刷直流電機內的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題，本文根據Bertotti鐵耗分立計算模型，進一步推導了考慮電機內旋轉磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型，其各項損耗系數是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數據通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試，表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內損耗的增大，溫升也是一個重要問題，為了了解電機內的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網絡法永磁無刷直流電機的溫升計算模型，并對電機進行了溫升計算，計算結果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法，建立了優化設計的數學模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優化，給出了優化算例，并做出樣機，通過對優化前后的方案做出樣機并進行比較實驗，優化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統中的幾個關鍵問題進行了研究：位置檢測技術、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統換相角問題，它們都對電機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、選型及在電機中的安裝應用；功率管壓降對起動電流、功率的影響問題；控制系統提前或滯后換相對電機電流，輸出性能的影響，提出適當提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究，主要包括高速永磁無刷直流電機、內置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構了對樣機進行發電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺，通過在測試時使用假轉子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗，實驗測量結果和計算結果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機的磁路、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的設計理論和分析方法，并通過樣機的制造和實驗，進一步的驗證了這些理論和方法的準確性，這對永磁無刷直流電機的設計和應用有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著無刷直流電機在工業控制和家用電器等領域中的應用越來越廣泛，其傳統的帶位置傳感器無刷直流電機控制呈現出越來越多的局限性，由此，無位置傳感器控制便應運而生，特別是“反電勢”法無位置傳感器控制逐漸受到了人們的青睞，并成為無刷直流電機控制系統的研究熱點及發展主流。 論文在詳細介紹了無刷直流電機的運行原理及數學模型的基礎上，對反電勢過零檢測法無位置傳感器控制的原理以及過零檢測電路的設計進行了詳細的分析和研究。由于在零速或低速時電機反電勢為零或很小，基于反電勢的控制方法都需要特殊的起動技術，本文在分析常有起動方法的優缺點的基礎上，提出了一種新的起動方法一轉子位置閉環起動法，該起動方法包括轉子零初始位置檢測、轉子位置閉環加速以及切換至反電勢法運行三個步驟，并通過仿真和實驗證明，與傳統的三段式起動方法相比，該起動方法具有更優良的起動性能。同時，本文還對反電勢法無位置傳感器控制的檢測誤差及干擾影響進行了系統的理論分析，并提出了相應的誤差補償及干擾抑制措施。 最后，確立了以MC56F805為核心的無刷直流電機無位置傳感器控制系統的硬件系統，搭建了相應的硬件實驗平臺。在Codewarrior集成開發環境下完成了整個無刷直流電機無位置傳感器控制系統的軟件設計。實驗證明，所研制的試驗軟硬件平臺能很好地完成無刷直流電機無位置傳感器控制功能，控制系統結構簡單、響應快速、可靠性高。
上傳時間： 2013-07-21
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在永磁無刷直流電機中，即使電樞繞組不通電，由于水磁體產生的磁場同定子鐵芯的齒槽相互作用而產生轉矩，即齒槽定位力矩。定位力矩使電機輸出轉矩波動，產生振動和噪聲。影響齒槽轉矩的因素很多，如齒槽的數量、齒槽形狀、斜槽角度、磁鋼的極弧系數以及輔助凹槽等等，因此，準確計算定位力矩較為復雜。本文利用麥克斯韋張量法來分析定位力矩，為電機設計提供理論參考。文中闡述了齒槽力矩產生機理，綜述了抑制齒槽轉矩的方法，探討了抑制齒槽轉矩的發展趨勢。 本文以永磁無刷直流電機為對象，利用Ansoft有限元仿真軟件，通過有限元分析對改變槽口寬度、定子斜槽、改變極弧系數和定子沖片增加輔助凹槽對定位力矩的影響進行了研究。深入分析了沖片輔助凹槽對抑制永磁無刷直流電機定位力矩的作用，因為沖片面加輔助凹槽的方法，生產中便于加工，對電機性能影響很小。結果表明，同一沖片上在對稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對稱地加兩個輔助凹槽時，輔助凹槽角度不同作用不同。對不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。 最后對這幾種抑制定位力矩的方法進行優化組合，找出了一個最優的抑制永磁無刷直流電機定位力矩的方案。
上傳時間： 2013-06-18
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v無刷直流電動機具有結構簡單、可靠性高、維護方便、運行效率高和調速性能好等優點，隨著微處理器技術、電力電子技術、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發展，得到越來越廣泛的應用。無刷直流電動機采用無位置傳感器控制，電動機結構更加簡單，應用范圍擴大，相對于有位置傳感器控制優勢明顯。本論文圍繞無刷直流電動機的無位置傳感器控制進行較為系統和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發，在分析無刷直流電動機結構和工作原理的基礎上，建立了無刷直流電動機的數學模型，為分析無刷直流電動機無位置傳感器控制奠定基礎。 其次，根據無刷直流電動機反電勢過零檢測原理，對反電勢過零檢測法的各種實現方法進行研究，比較各種實現方法的優缺點，指出它們的適用范圍。在此基礎上，給出帶通濾波法及其簡化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢三次諧波的方法。論文將直流電源負端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對無刷直流電動機無位置傳感器控制中的關鍵問題-起動方法進行研究，在詳細分析“三段式”起動方法的實現過程的基礎上，給出了從外同步到自同步平穩切換的條件。論文在研究無刷直流電動機無位置傳感器控制換相方法的基礎上，提出了一種新的換相方法，提高了電動機運行平穩性和系統穩定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無需對三次諧波積分即可得到換相時刻。 濾波器是反電勢法中反電勢過零檢測電路的重要組成部分。論文在分析無刷直流電動機端電壓信號特點的基礎上，給出濾波電路的技術要求，根據濾波器基本設計原理，分別對一階RC無源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進行電路設計和參數計算，并通過實驗驗證理論分析和仿真結果。這些為通過檢測反電勢過零點獲得可靠的換相信號創造了條件。 論文還分析了無刷直流電動機無位置傳感器控制中產生轉子位置檢測誤差的原因，提出了相應的校正方法。通過分析無刷直流電動機的換相過程，建立了換相狀態的等效電路和數學模型，研究了轉子位置誤差引起的電動機超前、滯后換相現象，及其由此產生的非導通相環流，在理論分析的基礎上，進行了仿真計算，并與實驗結果對照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設計和提高控制系統的可靠性方面具有重要作用。論文構建了由IGBT組成的簡化逆變器模型，并進行仿真研究。針對不同的開關頻率和柵極電阻，定量計算了IGBT開關過程中各階段的功率損耗，給出了變化規律，對逆變器的設計具有重要的指導意義。最后，論文研制了基于反電勢過零檢測法的無位置傳感器無刷直流電動機控制系統，控制系統由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾波電路、控制電源電路、反電勢過零檢測電路、驅動和逆變電路以及保護電路等，控制軟件包括電動機起動模塊(包括定位、加速、切換)、電動機運行控制模塊(包括過零檢測及校正、換相)和各保護功能模塊。對系統進行了調試，并對論文中所分析和提出的各種方法進行了相關的實驗研究，給出了實驗結果。
上傳時間： 2013-06-06
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滾筒式洗衣機在其工作運轉，尤其是其脫水甩干時的振動，一直是個突出的問題。滾筒洗衣機在運行過程中由于衣物的不平衡分布，會使滾筒受到變載荷與變方向偏心力激勵的作用并引起激烈的振動，使得整機的振動不僅產生很大的噪音，而且對洗衣機機械與電器部件的壽命產生影響。因為傳統機械減振方法存在通用性方面的限制，近年來隨著技術的發展，從機電一體化系統的角度出發，綜合運用機械、電子、電機等方面的技術，提高洗衣機的振動控制效果已成為趨勢。 本文從課題要求和實際應用出發，在與日本松下公司合作的基礎上，針對National NA—V82型號滾筒洗衣機，以電力電子用數字控制開發系統MyWay PE—Expert作為控制系統，構建了滾筒洗衣機驅動系統平臺，并開發了一種新型的低振動的滾筒洗衣機驅動控制方法。本文的結構和主要研究內容如下： 第一章簡單介紹了滾筒洗衣機的發展現狀，通過對課題的背景介紹，闡述了課題的實際意義。其后詳細介紹了傳統的機械減振手段以及新型的通過電機控制技術實現的減振方法。通過對兩者的分析比較，提出了本文的主要工作及方案。 第二章介紹了驅動系統主要硬件組成及各部分之間的連接，給出了驅動系統的詳細連接圖。同時給出了基于矢量控制的驅動系統基本控制方法的原理和說明。最后還介紹了振動測量設備并確定其使用方案。 第三章研究了振動產生的機理，對振動規律進行分析。提出了基于加速度傳感器的偏心負載位置以及質量的實時測定方法。并通過仿真和實驗分析，研究了脈動轉矩對電機振動的影響。最后在此基礎之上，提出了基于脈動轉矩的低振動的滾筒洗衣機驅動系統控制方法：分段線性化振動抑制法以及自振動抑制法。 第四章通過實驗研究，確定低振動驅動控制方法所需要的相關參數。并驗證了偏心負載位置以及質量實時測定方法的精度和基于脈動轉矩的低振動的滾筒洗衣機驅動系統控制方法的效果。 第五章總結了研究的主要工作，并對未來的工作方向進行了研究和討論。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步發電機由于一系列高效節能的優點，在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發電機的基本原理，包括永磁同步發電機的結構形式和永磁同步發電機的運行性能，采用傳統解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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電機是現代工業生產和日常生活最主要的原動力和驅動裝置。電機一旦發生故障，會造成不同程度的經濟損失和社會影響。因此研究不同場合、不同運行狀態下電機故障診斷理論和相關技術具有很高的實用價值。 電機出現故障時，故障信號中往往含有大量的時變、短時突發性質的成分。因此可以通過檢測、分析故障信號，獲得電機的故障信息。傳統的信號分析方法，如傅立葉變換，是一種純頻域分析，缺乏空間局部性，不能滿足故障信號分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的時頻局部性，能夠將信號在任意頻段進行劃分，從而使在不同頻段的各種故障特征信號更加容易被識別和提取。基于小波包分析處理非平穩信號的優越性，本文選用小波包分析對電機故障信號進行分析檢測。 本文在研究了異步電機常見故障類型和診斷方法的基礎上，詳細分析了電機滾動軸承異常、轉子斷條、氣隙偏心等故障原因，采用基于信號分析法中的振動診斷法和定子電流檢測法，對電機滾動軸承故障、轉子斷條故障進行診斷。對于存在已知軸承故障的電機，在故障狀態下采集到振動信號，利用峭度值計算和小波包分析相結合的方法，選用db3作為小波基，進行小波包分析，對包含有故障特征頻率信息的信號進行重構，獲得軸承故障特征頻率，根據故障特征頻率的數值和能量，確定出軸承故障的類型。應用小波包分析和FFT相結合的方法，選用Coif5為小波包基，檢測轉子斷條故障特征頻率。在此基礎上，采集故障電機的振動信號和電流信號，并分別應用上述方法進行了仿真模擬實驗，結果表明這些方法是準確可行的。 論文以DSP為核心，完成了電機故障診斷系統的硬件電路的設計，包括信號檢測電路、調理電路，A/D轉換電路等，并給出了主要的軟件流程圖。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，光伏發電技術取得了長足的進步，太陽能已經成為當今能源的一個重要補充。光伏并網發電是太陽能大規模利用的必然趨勢。本文以光伏并網發電系統的核心設備并網逆變器為研究對象，首先給出了單相光伏并網逆變器的詳細的硬件設計過程，然后對光伏陣列的最大功能點跟蹤、逆變器的特性及控制方法、并網系統的人機交互子系統等進行了深入的研究。 并網逆變器的硬件設計是整個系統的基礎和難點之一。本文設計了1套額定功率為3KW的兩級式光伏并網逆變器，采用F2812DSP作為系統的控制核心。文章對整個硬件的設計過程和電路原理進行了詳細分析。 為提高系統效率，光伏陣列都要求工作在最大功率點處。本文在分析了各種MPPT方法的優缺點的基礎上，提出了基于移相全橋電路的電導增量法，給出了整個算法在DSP中的實現過程。 并網逆變器輸出級的跟蹤控制技術是系統設計的關鍵點之一。本文詳細分析了逆變器輸出級的電路工作模式和數學模型，深入分析了T型輸出濾波器的原理及電網電壓對輸出電流的影響，提出了基于前饋補償的數字PI控制，并給出了其在DSP中的實現過程。 為完成對并網系統的監控和設置，設計了人機交互子系統，該系統是一個小型嵌入式系統，用MODBUS協議實現了子系統和控制系統的通信。本文詳細分析了整個子系統的軟硬件設計過程。 最后，對整個系統進行了實驗驗證，結果表明了系統方案的可行性，系統實現了穩定可靠運行。
上傳時間： 2013-05-26
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太陽能發電在世界能源危機的今天飛速發展，已成為新能源的主流之一。逆變器作為主要的能量變換裝置器件，其性能的好壞直接影響著整個光伏系統的效率。本文采用電壓外環、電流內環的雙環控制策略，保證了系統的動態響應速度快，穩態誤差小。為此，論文主要對系統的電路拓撲結構、數學模型、控制方法以及基于FPGA的軟件實現方法等技術進行了分析研究。 本文首先通過對幾種常見的數學模型分析方法的比較，選擇適合本文的數學建模方法。文中給出了逆變器的拓撲結構，詳細論述了其工作原理，對該逆變器不同工作狀態下的等效電路進行分析，并利用狀態空間平均法建立了逆變器數學模型，確定主要元件的參數。 隨后對當前比較流行的幾種逆變電路的控制方法進行了對比分析。本文采用的基于SPWM控制的電壓電流雙環控制的算法，具有開關頻率固定、物理意義清晰、實現方便的優點，保證系統的穩態誤差小，動態響應速度快。通過分析幾種最大功率跟蹤算法各自的優缺點，最后給出了改進的最大功率跟蹤算法，保證系統輸出最大功率。 最后用FPGA實現了系統控制方案的設計。整機測試結果表明：該逆變器的性能指標基本達到了設計要求，驗證了數學模型和控制策略的有效性和理論分析的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-07-25
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