永磁無刷直流電機是近年來隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來的一種新型機電一體化電機,由于采用了高性能的永磁材料和電子控制技術(shù),它具有單位體積轉(zhuǎn)矩高、轉(zhuǎn)矩慣性比小,起動轉(zhuǎn)矩高,調(diào)速特性好等優(yōu)點,因而在航空航天、數(shù)控機床、機器人、汽車、計算機外圍設(shè)備及家用電器等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用.該文討論了永磁無刷電機的電磁分析方法,提出了場路結(jié)合的分析方法并闡述了其原理,并以此對永磁無刷直流電機的電磁性能進行了分析.該文著重于電機的設(shè)計,結(jié)合了ANSYS有限元計算軟件與AutoCAD的二次開發(fā)技術(shù)建立了一套較完整和實用的CAD軟件,并以此軟件為基礎(chǔ),設(shè)計制造了外轉(zhuǎn)子低速電機的樣機并對之進行了實驗測試,并將測試結(jié)果與通過軟件計算的結(jié)果進行了比較與分析.
上傳時間： 2013-06-14
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永磁無刷直流電動機體積小,功率密度高,控制性能好,效率很高,在工業(yè)、車輛、家電、計算機及軍事等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,尤其在電動車應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞,是當前電動車電動機研發(fā)的熱點.可以預見,隨著永磁材料和電力電子器件的價格的進一步降低,以及無刷直流電機驅(qū)動的理論研究和實踐應(yīng)用的不斷完善和提高,永磁無刷直流電機及其控制系統(tǒng)將在很多場合有廣泛的應(yīng)用前景.該文通過大量的文獻資料閱讀,在對永磁無刷直流電機的發(fā)展和現(xiàn)狀有了一個整體了解的基礎(chǔ)上,針對復合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁無刷直流電機研制了一套弱磁恒功率控制系統(tǒng),提出一種"雙模控制"的控制策略,成功的實現(xiàn)了基速以下恒轉(zhuǎn)矩控制,基速以上弱磁恒功率控制.該文的主要內(nèi)容包括:首先介紹了永磁無刷直流電機的應(yīng)用現(xiàn)狀和基本原理,以及永磁無刷直流電機弱磁恒功率控制運行機理和難點;其次,對采用復合式永磁無刷直流電機本體的弱磁控制,詳述了其本體結(jié)構(gòu)和整套控制系統(tǒng),給出了硬件電路和軟件編程,提出了相關(guān)控制策略;最后,系統(tǒng)成功運行,獲得了相關(guān)實驗數(shù)據(jù)和波形,驗證了控制策略和系統(tǒng)設(shè)計的正確性.
上傳時間： 2013-04-24
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無刷直流電機是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,無位置傳感器控制方法的優(yōu)勢也越來越明顯,特別是"反電勢法"無刷直流電機控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實用的無位置傳感器控制方法.論文在介紹常用的無位置傳感器無刷直流電機控制方法的基礎(chǔ)上,詳細分析了"反電勢法"無刷直流電機控制原理.深入研究了三種反電勢過零檢測方法,設(shè)計了反電勢過零檢測電路,并對檢測電路移相產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置誤差進行了分析,給出了補償方法.以變頻空調(diào)壓縮機用無刷直流電機為樣機,設(shè)計了"反電勢法"無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路,詳細介紹 電路各個組成部分,同時介紹了控制系統(tǒng)中采用的軟硬件抗干擾措施.論文介紹了"反電勢法"無刷直流電機控制常用的起動方法,深入討論了"三段式"起動技術(shù),對"三段式"起動技術(shù)中轉(zhuǎn)子預定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析,并對外同步加速過程中出現(xiàn)的超前換相和滯后換相現(xiàn)象進行了深入的研究.提出了一種新的利用反電勢過零點實現(xiàn)電機最佳換相邏輯的方法,這種方法不但可以實現(xiàn)電機調(diào)速,而且在電機起動過程中,使外同步到自同步的切換更加容易.實驗結(jié)果驗證了這種方法的正確性.
上傳時間： 2013-04-24
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直流電動機具有運動效率高和調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點,但傳統(tǒng)的直流電動機均采用電刷,以機械方法進行換向,因而存在致命弱點,再加上制造成本高及維修困難等缺點,從而限制了它的應(yīng)用范圍.近年來隨著永磁材料、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的迅猛發(fā)展而成熟起來的永磁無刷直流電動機(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有體積小、重量輕、效率高、噪音低且可靠性高的特點,因而得到了廣泛的應(yīng)用.該文研究的對象是由兩套三相無刷直流電動機組成的六相無刷直流電動機,每套繞組三相對稱,兩套繞組對應(yīng)相之間相差30°電角度.重點研究六相無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩特性和系統(tǒng)的可靠性.在分析無刷直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理的基礎(chǔ)上,闡述了三相無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動的原因,在此基礎(chǔ)上提出六相無刷直流電動機.分析結(jié)果表明,六相無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)于三相無刷直流電機,并且系統(tǒng)的可靠性也較高.該文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析,建立了三相和六相無刷直流電動機的數(shù)學模型.并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相和六相無刷直流電動機的系統(tǒng)仿真模型.該系統(tǒng)仿真模型采用雙閉環(huán)控制,內(nèi)環(huán)為電流環(huán)(采用滯環(huán)調(diào)節(jié)),外環(huán)為速度環(huán)(采用PI調(diào)節(jié)).對所得的仿真結(jié)果進行分析,表明與理論分析相吻合,證明了六相無刷直流電動機仿真模型的正確性.對兩套繞組可能出現(xiàn)的故障進行仿真分析,結(jié)果表明六相無刷直流電動機具有較強的容錯能力.由此得出結(jié)論,該文提出的六相無刷直流電動機方案是可行的.由于繞組在電機的結(jié)構(gòu)中占有相當重要的位置,該文利用槽號相位表,設(shè)計了三相和六相無刷直流電動機的繞組.對槽號的分配,線圈的連接作了詳細地說明.該文還對三相和六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢進行了諧波分析,分析結(jié)果表明了六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢高次諧波含量要少于三相無刷直流電動機.
上傳時間： 2013-07-13
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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(tǒng),它既具備交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便的一系列優(yōu)點,又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)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(tǒng)進行了一些理論分析和實踐應(yīng)用.本文首先在綜合國內(nèi)外有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,分析了永磁無刷直流電機的發(fā)展歷程、現(xiàn)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(jié)構(gòu)和運行原理,推導出永磁無刷直流電機的數(shù)學模型.針對永磁無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩脈動,本文詳細分析了各種調(diào)制斬波方式對注入電機電流以及轉(zhuǎn)矩脈動的影響,比較分析各種斬波方式下系統(tǒng)運行情況,提出一種有利于減少轉(zhuǎn)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(tǒng)性能,節(jié)約能源.在大型永磁電機磁極設(shè)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(yīng)用出發(fā),提出了一種磁鋼優(yōu)化配置方法,保證每個磁極中各段磁鋼產(chǎn)生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,從電機本體設(shè)計角度上提高系統(tǒng)性能.本文在理論分析基礎(chǔ)上,以單片機和功率智能模塊為硬件平臺,實現(xiàn)了一套多相永磁無刷直流電機系統(tǒng).針對理論分析,進行了各種方案的比較分析,經(jīng)過試驗結(jié)果和仿真分析結(jié)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(yīng)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(tǒng)面貼式永磁無刷直流電機和復合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁無刷直流電機進行了詳盡地理論分析,系統(tǒng)地提出了關(guān)于復合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(guī)律和繞組結(jié)構(gòu)入手,真實模擬了傳統(tǒng)面貼式永磁無刷直流電機弱磁調(diào)速的物理過程,并獲得其在恒轉(zhuǎn)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(guān)鍵參數(shù).借鑒復合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在永磁同步電機恒功率弱磁中的成功運用,將這種結(jié)構(gòu)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(jié)合法實現(xiàn)對永磁無刷直流電機的弱磁分析.在場路結(jié)合法分析的基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(shù)的有效性.從而為復合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁電機運行性能優(yōu)化提供了新的可供選擇的調(diào)節(jié)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(tǒng)中有許多交直流電力并存的場合，需要實現(xiàn)發(fā)供電系統(tǒng)的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質(zhì)。常規(guī)的電勵磁發(fā)電機因為帶有電刷使供電系統(tǒng)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(tǒng)節(jié)能高效，本文設(shè)計并制作了應(yīng)用于獨立交直流電力系統(tǒng)的交直流永磁同步發(fā)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(shè)計以及電機的基本性能進行探討。為了減小永磁發(fā)電機的電壓調(diào)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(diào)整率。 首先，針對永磁電機設(shè)計的特殊性，應(yīng)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(jù)電磁場的計算結(jié)果，應(yīng)用傅立葉級數(shù)計算了電機的空載感應(yīng)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(shù)。考慮到永磁材料的溫度性能問題，應(yīng)用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩(wěn)態(tài)時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發(fā)電機的主要電磁關(guān)系，研究了電機的數(shù)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(fā)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(shù)為常數(shù)。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(jù)電機穩(wěn)態(tài)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(yīng)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(yīng)電動勢來表示。根據(jù)仿真結(jié)果與樣機試驗結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，兩者吻合良好。 另外，本文還設(shè)計了一臺電勵磁的交直流發(fā)電機，電磁設(shè)計結(jié)果表明，永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁無刷直流電動機利用轉(zhuǎn)子上的永磁體激磁，采用電子換相取代機械換相，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于永磁無刷直流電動機本身存在較大的轉(zhuǎn)矩脈動，從而使電機運行性能存在缺陷，限制了它在精密傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文在開發(fā)完成永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對如何減小和抑制自控式永磁電動機轉(zhuǎn)矩脈動這一問題，提出了一種混合控制策略：利用原有的六個離散位置信號，在三三導通控制策略的基礎(chǔ)上，融入矢量控制策略，使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢盡量保持在90°左右，來實現(xiàn)近似正弦波電流驅(qū)動，可以在不增加系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上，較好地抑制電磁轉(zhuǎn)矩脈動，并通過實驗驗證其正確性，其主要內(nèi)容如下： 第二章主要闡述了永磁無刷直流電動機的運行原理，給出了電機的數(shù)學模型，在此基礎(chǔ)上，利用Matlab/Simulink軟件建立了電機及控制系統(tǒng)的仿真模型，并給出了仿真和實驗波形。 第三章介紹基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流無刷電機控制器的設(shè)計，并對系統(tǒng)主電路、驅(qū)動模塊、電流檢測、過壓保護等電路作了詳細的介紹，對設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題進行分析，搭建了整個系統(tǒng)的硬件平臺。 第四章介紹了常規(guī)的矢量控制技術(shù)，提出了一種混合控制策略的新方法：利用霍爾位置傳感器的六個位置信號，使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢盡量保持在90°左右，從而達到控制器簡單、轉(zhuǎn)矩脈動降低的目的。并分析了這種控制策略在勻速、加減速情況下的運行性能。 第五章在前幾章分析的基礎(chǔ)上，完整給出了混合控制策略的軟件編程方法，并按照模塊化的思想，把軟件分成多個獨立模塊，并重點介紹了系統(tǒng)啟動、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)子位置計算、sinθ和cosθ的計算、PWM輸出等幾個部分，并給出實驗波形驗證其可行性。
上傳時間： 2013-05-30
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稀土永磁無刷直流電動機采用高磁能積的稀土永磁材料，同時采用電子換向技術(shù)去掉了電刷，使得它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高、運行特性優(yōu)良等特點，從而廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器、工業(yè)控制等許多對電機運行性能要求較高的場合。因此，對稀土永磁無刷直流電機的研究具有重要的意義。本文對稀土永磁無刷直流電動機設(shè)計方法和分析方法進行了研究： 永磁電機設(shè)計計算中傳統(tǒng)的一般采用比較簡單的磁路法，用磁鋼工作圖計算靜態(tài)及動態(tài)的工作點，這顯然不能滿足精確性的要求。本文采用了場路結(jié)合的方法，首先利用磁路法對電機進行初步設(shè)計，然后建立有限元分析模型對電機的參數(shù)和性能進行精確分析，采用這樣的方法不但可以滿足精確性要求，同時可以縮短設(shè)計周期。 本文把有限元方法引入到了對電機性能影響較大的重要系數(shù)(如空載漏磁系數(shù)、電樞計算長度、計算極弧系數(shù)和氣隙系數(shù)等)及性能參數(shù)反電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電感的計算中。以電機內(nèi)磁場有限元分析為基礎(chǔ)的設(shè)計結(jié)果體現(xiàn)了較高的精確度；同時，由于在大功率、高轉(zhuǎn)速的永磁無刷直流電動機中，電流受漏感的影響從而改變了電機的性能，因此漏感的作用不容忽視。本文推導了稀土永磁無刷直流電動機漏電感計算的有限元方法，引入了電機等效電阻系數(shù)，并針對電磁轉(zhuǎn)矩脈動和齒槽轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生的原因，給出了多種有效的抑制方法，使電機設(shè)計更為合理。最后介紹了電機測試平臺的搭建和具體的測試方法，以驗證用戶關(guān)心的電機性能參數(shù)在電機設(shè)計中的正確性。
標簽： 稀土 無刷直流電動機 設(shè)計與分析
上傳時間： 2013-06-09
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永磁無刷直流電動機是一種集電機和電子一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，它以其體積小、重量輕、慣量小、控制簡單和動態(tài)性能好等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、消費電子、航空航天、軍事等領(lǐng)域，對永磁無刷直流電動機的研究具有十分重要的意義。 通常的永磁無刷直流電動機由永磁同步電動機、逆變器以及安裝在轉(zhuǎn)子軸上的位置傳感器構(gòu)成。逆變器的驅(qū)動信號與轉(zhuǎn)子位置信號同步從而保證在任意的速度下定子繞組電流與轉(zhuǎn)子磁場同步。 本文系統(tǒng)研究了永磁無刷直流電動機本體及驅(qū)動控制系統(tǒng)，取得了有價值的研究成果。 1)本文查閱了大量的文獻資料，全面總結(jié)和分析了永磁無刷直流電動機的研究現(xiàn)狀，闡述了永磁無刷直流電動機的運行和控制機理。 2)在分析永磁無刷直流電動機的性能與運行原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了以PIC16F877A單片機為核心的永磁無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，并進行了實驗研究。 3)利用Matlab/Simulink對永磁無刷直流電動機系統(tǒng)建立動態(tài)仿真模型，結(jié)合實驗所得參數(shù)進行仿真，結(jié)果證明所建仿真模型的正確性和有效性。 4)在Matlab下對永磁無刷直流電動機可能會出現(xiàn)的各種故障進行了仿真研究，表明了永磁無刷直流電動機具有良好的容錯性能。 5)基于磁路法設(shè)計了一套永磁無刷直流電動機的電磁設(shè)計程序，給出了計算實例。 6)給出了計及齒槽影響的永磁無刷直流電動機電感參數(shù)的解析計算，與有限元法計算結(jié)果對比，表明此方法的正確性和精確性；在星形連接的兩兩導通方式下，分析計算得到計及繞組電感的永磁無刷直流電動機的平均電流穩(wěn)態(tài)電路模型，結(jié)果表明計及電感參數(shù)的電樞電流較小，轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低；推導出了在三角形連接的兩兩導通方式下，計及繞組電感的相電流解析式。
上傳時間： 2013-04-24
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