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，有較大的研究價(jià)值，對其電磁性能進(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。 對永磁無刷直流電機(jī)的電路進(jìn)行分析：從電機(jī)磁場分析入手，根據(jù)齒磁通分析計(jì)算了電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢；根據(jù)此電動(dòng)勢的波形，推導(dǎo)了三相六狀態(tài)控制時(shí)，電動(dòng)勢的電路計(jì)算模型，重點(diǎn)推導(dǎo)了電動(dòng)勢平頂寬度小于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，并對電機(jī)進(jìn)行了溫升計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測量基本一致。 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)化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機(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)了對樣機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)測試、電動(dòng)機(jī)測試、損耗測量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過在測試時(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)測量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機(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
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現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中，永磁同步電機(jī)(PMSM)由于其良好的性能，正得到越來越廣泛地應(yīng)用。永磁同步電機(jī)的控制策略有很多，不同的控制策略各有千秋。有的滿足了高性能要求，但成本卻很高；有的滿足了硬件低成本要求，但軟件算法非常復(fù)雜、或者性能不理想，等等。因此，針對實(shí)際的應(yīng)用場合，開發(fā)出性能價(jià)格比優(yōu)越的控制器系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。 本課題就是基于此思想，兼顧硬件成本和軟件可行性，運(yùn)用低成本策略、較優(yōu)的軟件算法設(shè)計(jì)出雙閉環(huán)控制器系統(tǒng)，在低成本傳感器條件下實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)正弦波驅(qū)動(dòng)控制。 本文根據(jù)永磁同步電機(jī)磁場定向下的空間矢量數(shù)學(xué)模型，對其控制所需的位置、速度和電流參數(shù)展開分析。提出了基于離散位置信號(hào)進(jìn)行位置預(yù)估的原理，并分析了復(fù)雜工況下位置信號(hào)的矯正問題。利用BLDC方式與SVPWM方式的轉(zhuǎn)換，解決了肩動(dòng)過程中永磁同步電機(jī)脈動(dòng)和失步問題。分析了基于英飛凌XC164CM單片機(jī)系統(tǒng)直流側(cè)電阻采樣計(jì)算相電流原理。設(shè)計(jì)了基于英飛凌XC164CM單片機(jī)的控制系統(tǒng)，外圍功率驅(qū)動(dòng)電路以及過電流保護(hù)等電路。編制了基于離散位置信號(hào)的永磁同步電機(jī)電壓空間矢量(SVPWM)控制策略的C語言程序，完成了軟件和系統(tǒng)的調(diào)試。 最后，進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)論證，并取得了理想的效果。
標(biāo)簽： 離散 信號(hào) 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文對高性能、大容量可調(diào)AC-DC直流開關(guān)電源進(jìn)行了研究。文章詳細(xì)分析了高性能、大容量可調(diào)AC-DC直流開關(guān)電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編制，并對電源裝置的硬件和軟件進(jìn)行了調(diào)試和修改。在分析原理的基礎(chǔ)上，本文從三相橋式不控整流、全橋變換器、高頻變壓器、濾波電路等環(huán)節(jié)對該系統(tǒng)的主電路進(jìn)行了闡述，同時(shí)探討了該電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大容量的解決方案，即采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行。本文還探討了多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)均流技術(shù),并詳細(xì)介紹了基于平均值的自動(dòng)均流電路。在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于SG1525控制芯片的PWM控制電路。本文研制的直流開關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)，而且還具有換檔、遠(yuǎn)程控制等功能。它主要用于各種直流電機(jī)性能測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而驗(yàn)證了理論分析的正確性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
上傳時(shí)間： 2013-07-31
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隨著電力電子裝置越加廣泛的投入使用,電能得到了更加充分的應(yīng)用,但是伴隨而來的是越來越多的非線性、沖擊性負(fù)載的投入使用,電網(wǎng)中諧波污染日益嚴(yán)重,在針對此類諧波抑制和無功補(bǔ)償裝置的研究中,電力有源濾波器APF得到了廣泛應(yīng)用. 與傳統(tǒng)無源濾波器比較,有源電力濾波器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好,濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響等優(yōu)勢.而APF所采用的諧波電流檢測方法,直接決定了諧波的檢測精度和跟蹤速度,是決定諧波補(bǔ)償特性的關(guān)鍵.本論文重點(diǎn)研究了諧波電流檢測方法. 在眾多有源濾波器的諧波及無功電流檢測算法中,基于三相瞬時(shí)無功功率理論的應(yīng)用最為廣泛.應(yīng)用此理論的i<,p>-i<,q>島檢測方法計(jì)算簡單,具有較好實(shí)時(shí)性,適合電流快速檢測的優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)也存在很多局限性. 本文首先通過分析、比較總結(jié)出各類APF的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性,系統(tǒng)地研究了有源電力濾波器的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù):諧波電流檢測和PWM信號(hào)發(fā)生器的控制策略；在此基礎(chǔ)上,針對在負(fù)載電流有較大突變時(shí)補(bǔ)償電路會(huì)產(chǎn)生較大畸變影響補(bǔ)償效果的問題,以及三相電壓畸變時(shí)i<,p>-i<,q>檢測法存在的誤差等問題,從基于DSP控制的三相四線制并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一種改進(jìn)的i<,p>-i<,q>檢測法,在該檢測法中增加了平衡.APF直流側(cè)電容總電壓和上下電容電壓的閉環(huán)控制,以消除負(fù)載電流突變時(shí)產(chǎn)生的畸變；并采用一種新穎的基于低通濾波的A相正序電壓提取單元來代替原始的i<,p>-i<,q>檢測法的PLL鎖相環(huán),在三相電壓畸變情況下仍可以正確提取A相正序電壓,以精確檢測出諧波和無功電流. 最后通過MATLAB6.5對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明該算法能有效保證檢測效果的實(shí)時(shí)性和精確性,證明了該算法的可行性.
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隔離升壓DC-DC變換器在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電以及超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、起動(dòng)問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關(guān)問題和輸入電感磁復(fù)位問題等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，解決了這一類拓?fù)渌灿屑夹g(shù)問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓?fù)渥澹治霰容^了各種拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進(jìn)行了詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)分析和小信號(hào)建模分析，為其分析、設(shè)計(jì)和搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了電路理論基礎(chǔ)。 理論上分析了IBFBC起動(dòng)時(shí)存在電流沖擊的原因。提出了二種數(shù)字化軟起動(dòng)方案，該方案對主電路進(jìn)行了改造，利用DSP能靈活產(chǎn)生PWM波的特點(diǎn)采用了新的控制策略，成功實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的軟起動(dòng)。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎(chǔ)上，通過控制PWM的發(fā)生方法，實(shí)現(xiàn)了有源箝位功率開關(guān)管和橋臂功率開關(guān)管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復(fù)位問題。在正常停機(jī)時(shí)提出了一種數(shù)字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態(tài)逐漸過渡到Buck工作狀態(tài)，讓輸入電感存儲(chǔ)的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護(hù)停機(jī)，采用了繞組磁復(fù)位的方法，把輸入電感設(shè)計(jì)成反激式變換器形式，突然停機(jī)時(shí)，電感中存儲(chǔ)的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護(hù)了變換器不會(huì)損壞。 給出了主電路關(guān)鍵器件參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了以DSP-TMS320F2407為核心的數(shù)字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺(tái)輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果。 本文立足于IBFBC的關(guān)鍵技術(shù)要求，并充分考慮工程應(yīng)用中的實(shí)際因素，進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，為實(shí)際系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文首先簡述了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和研究重點(diǎn)，介紹了異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的不同控制策略，詳細(xì)論述了異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基本原理：異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換、矢量控制的基本方程式、轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測方法、矢量控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等，并重點(diǎn)分析了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)的基本原理、控制算法以及在TMS320LF2407中的實(shí)現(xiàn)方法。 從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，本文設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套以DSP芯片TMS320LF2407為核心的有速度傳感器異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，并給出了硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)的功率電路采用電壓型的交-直-交變壓變頻結(jié)構(gòu)，由整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM(PM15RSH120)逆變電路構(gòu)成；控制電路以DSP芯片TMS320LF2407為核心，加上PWM信號(hào)發(fā)生電路、定子電流檢測電路、直流母線電壓檢測電路、智能功率模塊驅(qū)動(dòng)電路、速度檢測電路、系統(tǒng)保護(hù)電路等，構(gòu)成了功能齊全的異步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)。 在此基礎(chǔ)上，本文對無速度傳感器異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了有益的探索。提出了改進(jìn)的電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型，消除了電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型中純積分環(huán)節(jié)所固有的漂移問題和積累誤差對實(shí)際系統(tǒng)性能的影響。在傳統(tǒng)型參考自適應(yīng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)中原有的自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用一個(gè)具有在線學(xué)習(xí)能力的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取代，提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，并給出了速度估計(jì)器的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法。最后對基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)速估計(jì)的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的性能。
標(biāo)簽： 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 異步電機(jī) 轉(zhuǎn)速
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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矢量控制作為一種先進(jìn)的控制策略，是在電機(jī)統(tǒng)一理論、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)變換理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有先進(jìn)性、新穎性和實(shí)用性的特點(diǎn)。它是以交流電動(dòng)機(jī)的雙軸理論為依據(jù)，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個(gè)直流分量：一個(gè)分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希Q為勵(lì)磁電流分量；另一個(gè)分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶看怪保Q為轉(zhuǎn)矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的位置及大小，即可控制勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的大小，實(shí)現(xiàn)像直流電動(dòng)機(jī)那樣對磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。 分析了脈寬調(diào)制和矢量控制的原理與實(shí)現(xiàn)方法，從而建立了異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導(dǎo)了三相坐標(biāo)系、兩相靜止與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)基本方程和矢量控制基本公式。同時(shí)在進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制圖，并結(jié)合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)矢量控制的基本原理，設(shè)計(jì)了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統(tǒng)。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數(shù)據(jù)的交換，并能在一方失控時(shí)另一方立即產(chǎn)生SVPWM波形。同時(shí)完成無線遙控、速度給定、數(shù)據(jù)顯示以及電流、速度檢測和保護(hù)等功能，也對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護(hù)電路、電流和轉(zhuǎn)速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)軟件流程圖，并用C語言進(jìn)行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進(jìn)行了編程，并給出了相關(guān)的仿真波形。MATLAB仿真結(jié)果表明，本文研究的調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制算法是成功的，并實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的高性能控制。
上傳時(shí)間： 2013-07-09
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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。永磁無刷直流電機(jī)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(yùn)行。高速永磁無刷直流電機(jī)是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問題在于：（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。本文針對高速永磁無刷直流電機(jī)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(shí)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(shí)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(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機(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)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機(jī)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(tái)電機(jī)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(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計(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(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以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(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(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(jì)的高速永磁無刷直流電機(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(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)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，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刷直流電機(jī)，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(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)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(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：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(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(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。通過計(jì)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(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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電動(dòng)觀光車是一種以車載蓄電池組作為動(dòng)力電源、靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛、無污染的綠色交通工具，它的發(fā)展對于解決全球性的能源和環(huán)境問題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，是本世紀(jì)最有發(fā)展前途的綠色清潔汽車。同時(shí)，電動(dòng)觀光車行駛旅程較短，起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，這一方面需要有高功率密度的電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，另一方面需要有較高比能量和比功率的電池管理系統(tǒng)以及能量回收功能。 本論文的主要任務(wù)是完成電動(dòng)觀光車設(shè)計(jì)的核心部分——驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)。由于直流電機(jī)控制簡單，造價(jià)低而且技術(shù)成熟，符合我國國情，因此在我國的電動(dòng)車絕大多數(shù)仍然是直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本課題設(shè)計(jì)了滿足現(xiàn)代電動(dòng)觀光車對電動(dòng)機(jī)要求的，具有寬廣調(diào)速范圍、良好起制動(dòng)性能和高效率的直流他勵(lì)牽引電機(jī)。 本文首先分析了電動(dòng)車的發(fā)展和國內(nèi)外現(xiàn)狀，以及電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)對電動(dòng)觀光車常用的牽引電機(jī)作了性能比較，并確定選型；對這種電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)要求和工作原理作了分析。基于以上技術(shù)要求，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)的基本原則和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成了電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)，得到較為理想的設(shè)計(jì)方案；由此運(yùn)用AutoCAD和Pro/E軟件繪制出全套直流他勵(lì)牽引電機(jī)的機(jī)械加工圖和三維裝配圖，研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。文章的最后對所設(shè)計(jì)的電機(jī)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。 論文中設(shè)計(jì)出全套規(guī)范的電磁數(shù)據(jù)和機(jī)械CAD，不僅對同類電機(jī)的規(guī)范和改進(jìn)具有重要意義，同時(shí)也對其它類型的牽引電機(jī)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。具有廣闊的應(yīng)用前景。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應(yīng)用，而其控制策略和電路拓?fù)涞纫殉蔀榱搜芯繜狳c(diǎn)。相對傳統(tǒng)的兩電平逆變器，它具有效率高動(dòng)態(tài)性能好，對電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的諧波少，適合高壓大容量等優(yōu)點(diǎn)。但隨著電平數(shù)的增加，基本控制算法越來越復(fù)雜，同時(shí)還存在中點(diǎn)電壓不平衡等問題。將DSP數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于多電平逆變器不僅簡化了系統(tǒng)的硬件控制電路，提高了系統(tǒng)性能，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進(jìn)行了深入的分析，在開關(guān)函數(shù)的基礎(chǔ)上建立了三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，對空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）算法進(jìn)行了改進(jìn)，并詳細(xì)推導(dǎo)了該調(diào)制算法的計(jì)算公式，結(jié)合中點(diǎn)電位控制來確定開關(guān)矢量的作用順序，使仿真和實(shí)現(xiàn)都比較容易。然后重點(diǎn)分析了三電平逆變器直流側(cè)電容電壓不平衡問題產(chǎn)生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側(cè)電容中點(diǎn)電位平衡的電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導(dǎo)的三電平逆變器SVPWM調(diào)制算法和中點(diǎn)電位平衡控制方法進(jìn)行了仿真分析，證明了該調(diào)制算法的正確性和可行性。
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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