本文的主要工作是設(shè)計(jì)與開發(fā)了用于機(jī)床主軸直接驅(qū)動(dòng)的全數(shù)字化永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，并利用該平臺(tái)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性。 首先，詳細(xì)闡述了坐標(biāo)變換理論，根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的本體結(jié)構(gòu)推導(dǎo)了其在各坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，深入研究了永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制原理和id=0控制策略，此外對(duì)空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的基本原理和特性進(jìn)行了研究。 其次，采用MATLAB軟件建立了電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型。整個(gè)仿真系統(tǒng)包括PMSM模塊、Power Module模塊、測(cè)量模塊、坐標(biāo)變換模塊、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊和SVPWM模塊等。仿真結(jié)果驗(yàn)證了矢量控制和SVPWM技術(shù)應(yīng)用于本系統(tǒng)的可行性，同時(shí)為系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 再次，為了提高系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性和減小轉(zhuǎn)動(dòng)脈動(dòng)，采用DSP TMS320F2812為核心進(jìn)行了永磁同步電動(dòng)機(jī)全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件包括電流檢測(cè)、速度檢測(cè)、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路、主電路和系統(tǒng)保護(hù)電路等；系統(tǒng)軟件由DSP編程實(shí)現(xiàn)，采用基于id=0的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制方法，完成對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的解耦控制。速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用常規(guī)PI控制算法，逆變器采用SVPWM控制策略。同時(shí)，給出了系統(tǒng)各模塊的軟件流程圖，包括系統(tǒng)初始化程序、速度和電流調(diào)節(jié)程序、SVPWM的實(shí)現(xiàn)以及功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)等子程序等。 最后，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做了大量深入的實(shí)驗(yàn)研究工作，并對(duì)試驗(yàn)波形做了深入分析。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有能夠響應(yīng)速度快，低轉(zhuǎn)速運(yùn)行平穩(wěn)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足主軸直接驅(qū)動(dòng)要求。
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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本文在參考了國(guó)內(nèi)外已有多自由度球電機(jī)的基礎(chǔ)上,提出了正交圓柱結(jié)構(gòu)的兩自由度電機(jī),它是獨(dú)立設(shè)計(jì)的一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu).此電機(jī)可分解為兩個(gè)獨(dú)立的兩相混合式步進(jìn)電機(jī):分別為內(nèi)層小電機(jī)(外轉(zhuǎn)子兩相混合式步進(jìn)電機(jī))和外層大電機(jī)(扇形結(jié)構(gòu)的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)).本文以兩自由度電機(jī)為對(duì)象,采用"齒層比磁導(dǎo)法",對(duì)電機(jī)的矩角特性進(jìn)行計(jì)算和分析,用得到的矩角特性與設(shè)計(jì)要求相比較,從而為優(yōu)化尺寸設(shè)計(jì)提供參考.
上傳時(shí)間： 2013-07-19
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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(jiǎn)稱IBFBC)為研究對(duì)象，針對(duì)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?，分析比較了各種拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，確定了以IBFBC為研究對(duì)象。對(duì)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(duì)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(duì)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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高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、家用電器和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。采用先進(jìn)控制策略和全數(shù)字控制技術(shù)的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，已成為高性能伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。應(yīng)用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術(shù)不斷進(jìn)步，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應(yīng)能力的要求也不斷提高。 本文從詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調(diào)制技術(shù)，建立了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。針對(duì)伺服系統(tǒng)在運(yùn)行過程中參數(shù)變化及負(fù)載擾動(dòng)等問題，深入分析了連續(xù)與離散系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)的基本原則和方法，將滑模變結(jié)構(gòu)控制與矢量控制相結(jié)合，改進(jìn)了基于趨近率的單段滑模面變結(jié)構(gòu)控制，設(shè)計(jì)了適用于矢量控制位置伺服系統(tǒng)的分段式滑模變結(jié)構(gòu)控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了詳盡的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明本系統(tǒng)滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求，滑模變結(jié)構(gòu)控制能夠有效應(yīng)用于矢量控制伺服系統(tǒng)并提高其魯棒性。
標(biāo)簽： 滑模變結(jié)構(gòu) 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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本文首先簡(jiǎn)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(cè)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(cè)電路、直流母線電壓檢測(cè)電路、智能功率模塊驅(qū)動(dòng)電路、速度檢測(cè)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(duì)無(wú)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(duì)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(duì)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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與傳統(tǒng)的徑向磁通圓柱式電機(jī)相比，軸向磁通的盤式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)有著許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工及裝配費(fèi)用低，電機(jī)運(yùn)行可靠，不需勵(lì)磁電流，提高了電機(jī)的效率和功率密度。盤式電機(jī)永磁化是一種發(fā)展趨勢(shì)，而稀土材料是其首選的永磁材料。我國(guó)已研制出盤式永磁同步電機(jī)，但還處于試制階段，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對(duì)該電機(jī)的氣隙磁密進(jìn)行分析，對(duì)影響氣隙磁密的各種因素展開了研究。具體內(nèi)容如下： 1) 回顧了永磁電機(jī)的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應(yīng)用，對(duì)永磁材料的性能及選取、聚磁技術(shù)、電機(jī)磁場(chǎng)計(jì)算所需理論和有限元軟件進(jìn)行了介紹。 2) 將電機(jī)內(nèi)的電磁場(chǎng)、有限元軟件和盤式無(wú)鐵心永磁電機(jī)特殊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了近二十個(gè)有限元計(jì)算程序，組成一個(gè)針對(duì)盤式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)的計(jì)算軟件包，由這些計(jì)算程序出發(fā)，對(duì)盤式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)進(jìn)行一系列仿真分析計(jì)算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時(shí)，由于有限元軟件在繪圖方面的限制，需要將氣隙磁密數(shù)據(jù)從有限元軟件中導(dǎo)出到文本文件，再由其它數(shù)學(xué)工具進(jìn)行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過程中由于導(dǎo)出數(shù)據(jù)格式與繪圖工具所需數(shù)據(jù)格式不能兼容，還需要對(duì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于有限元軟件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)量很大，如果對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行人工整理將增加大量的工作量，所以作者在研究過程中，針對(duì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)的特點(diǎn)編寫了一個(gè)Vb數(shù)據(jù)處理程序，使數(shù)據(jù)處理工作得到大大簡(jiǎn)化。 3) 在上述建立的軟件包的基礎(chǔ)上，對(duì)基于Halbach陣列的盤式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)進(jìn)行了一系列系統(tǒng)分析，其中包括三維開域磁場(chǎng)分析、永磁體厚度對(duì)電機(jī)氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時(shí)氣隙磁場(chǎng)分析、采用不同角度Halbach陣列時(shí)的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機(jī)設(shè)計(jì)過程中永磁體的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 4) 在對(duì)盤式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)進(jìn)行詳盡的分析的基礎(chǔ)之上，本文提出了對(duì)該電機(jī)的新設(shè)計(jì)方案，并就此方案進(jìn)行了建模分析，結(jié)果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結(jié)構(gòu)的氣隙磁密更為理想。此外，還對(duì)新模型從定性的角度進(jìn)行了渦流損耗分析，分析表明其結(jié)構(gòu)有利于減小渦流損耗。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 損耗分析 磁場(chǎng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在目前全球能源危機(jī)和溫室效應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，電動(dòng)車(Electric Vehicle)以其無(wú)污染、低噪聲、效率高，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學(xué)辜承林教授聯(lián)合，為蘇州益高電動(dòng)車輛制造有限公司設(shè)計(jì)旅游車無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。課題結(jié)合現(xiàn)代CPU技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和電力電子技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款以無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)為動(dòng)力的大功率汽車輪轂驅(qū)動(dòng)控制器。 本課題采用辜老師設(shè)計(jì)的“橫向磁通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)”為控制對(duì)象。本文首先分析了無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和無(wú)位置傳感器的反電勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)的基本原理，從整體上對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行了討論并確定了整體設(shè)計(jì)方案。在課題中，本人采用DSP 2407A作為控制核心，以功率MOS管為逆變器件，研制出系統(tǒng)硬件，用C語(yǔ)言編制了系統(tǒng)軟件。鑒于該課題在大電流等級(jí)的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例，本項(xiàng)目在開發(fā)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)無(wú)位置傳感器無(wú)刷電機(jī)的起動(dòng)和反電勢(shì)過零檢測(cè)作了大量的研究工作，取得許多有益的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)電機(jī)的起動(dòng)過程和位置檢測(cè)方法進(jìn)行的一些有效改進(jìn)措施，使得電機(jī)達(dá)到較好的運(yùn)行性能和操控特性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案有效可行，研制的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制器達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期基本性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)控制器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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(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(wú)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(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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在伺服系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)高精度的控制，往往需要實(shí)時(shí)地檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。用來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置的角度傳感器主要有光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。光電編碼器雖然能夠達(dá)到很高的精度，但是它的抗干擾性差，不宜應(yīng)用在條件惡劣的場(chǎng)合中；相比較而言，旋轉(zhuǎn)變壓器（簡(jiǎn)稱旋變）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，抗干擾性強(qiáng)，能夠應(yīng)用在各種條件惡劣的場(chǎng)合中，所以獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 本文采用的旋變樣機(jī)是一種新型的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。分析了它的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子繞組的連接方式以及轉(zhuǎn)子形狀的優(yōu)化；并在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了它的正余弦輸出反電勢(shì)的表達(dá)式；最后在電磁場(chǎng)分析軟件Ansoft中，以樣機(jī)為原型建立了仿真模型，分析了它內(nèi)部的電磁場(chǎng)分布以及正余弦輸出反電勢(shì)的波形。 其次，本文設(shè)計(jì)了一種以DSP為核心的R2D電路系統(tǒng)。它以振蕩電路產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)作為旋變的激勵(lì)信號(hào)，加上相關(guān)的外圍電路，構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，解算出了旋變的軸角θ；并在此基礎(chǔ)上，分析了產(chǎn)生角度解算誤差的各種因素，同時(shí)計(jì)算出了旋變的轉(zhuǎn)速n。 最后，在上述解算方案的基礎(chǔ)上，本文又給出了第二種解算方案，即：DSP產(chǎn)生的方波經(jīng)過濾波之后作為旋變的激勵(lì)信號(hào)，解算出了旋變的軸角θ；然后比較了這兩種解算方案的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)分析了激勵(lì)信號(hào)中的諧波分量對(duì)正余弦輸出反電勢(shì)以及角度解算的影響。
標(biāo)簽： R2D 旋轉(zhuǎn)變壓器 電路
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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)
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