直流電動機具有運動效率高和調速性能好等諸多優點,但傳統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,從而限制了它的應用范圍.近年來隨著永磁材料、現代電力電子技術、計算機技術和現代控制理論的迅猛發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,兩套繞組對應相之間相差30°電角度.重點研究六相無刷直流電機的轉矩特性和系統的可靠性.在分析無刷直流電動機電磁轉矩產生原理的基礎上,闡述了三相無刷直流電動機轉矩脈動的原因,在此基礎上提出六相無刷直流電動機.分析結果表明,六相無刷直流電動機的轉矩特性優于三相無刷直流電機,并且系統的可靠性也較高.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仿真模型.該系統仿真模型采用雙閉環控制,內環為電流環(采用滯環調節),外環為速度環(采用PI調節).對所得的仿真結果進行分析,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的故障進行仿真分析,結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構中占有相當重要的位置,該文利用槽號相位表,設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,它既具備交流電動機結構簡單、運行可靠、維護方便的一系列優點,又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調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進行了一些理論分析和實踐應用.本文首先在綜合國內外有關文獻的基礎上,分析了永磁無刷直流電機的發展歷程、現狀和趨勢,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構和運行原理,推導出永磁無刷直流電機的數學模型.針對永磁無刷直流電機的轉矩脈動,本文詳細分析了各種調制斬波方式對注入電機電流以及轉矩脈動的影響,比較分析各種斬波方式下系統運行情況,提出一種有利于減少轉矩波動的斬波方式.同時,本文還提出了一種回饋制動的方式,進一步提升系統性能,節約能源.在大型永磁電機磁極設計中,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,本文從工程實際應用出發,提出了一種磁鋼優化配置方法,保證每個磁極中各段磁鋼產生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,從電機本體設計角度上提高系統性能.本文在理論分析基礎上,以單片機和功率智能模塊為硬件平臺,實現了一套多相永磁無刷直流電機系統.針對理論分析,進行了各種方案的比較分析,經過試驗結果和仿真分析結果,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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隨著電力電子器件、永磁材料、微機、新型控制理論和電機理論的發展，無刷直流電機的技術優勢逐漸凸顯，近年來在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣應用。大功率無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統效率、可靠性要求較高的場合，在國內，近年來也引起了廣泛興趣。本課題對大功率無刷直流電機進行預研，以兩臺無刷直流電機樣機為研究對象進行分析和電磁設計研究。首先計及電樞繞組電感，從分析換相過程入手，建立了三相星型六狀態工作模式下，電壓源型無刷直流電機的數學模型，并基于此模型，通過仿真和實驗，對該種無刷直流電機的電磁轉矩系數、反電勢系數、機械特性和電樞等效電阻等進行了深入研究，分析表明電樞繞組電感對上述各系數和特性存在較大影響，因此在大功率無刷直流電機設計和分析中，電樞繞組電感必須予以考慮。其次，本文對等效磁路法、電磁場有限元法和等效磁網絡法以及它們在無刷直流電機電磁設計中的應用進行了比較研究，提出了采用有限元法計算漏磁系數、計算極弧系數、電樞計算長度和氣隙系數，然后把它們應用到等效磁路法中進行空載特性計算，而采用電磁場有限元法分析負載特性的場路結合法。以此為基礎，編制了無刷直流電機電磁設計軟件，并將其應用于兩臺樣機的設計，通過與電磁場有限元法計算結果和實驗數據進行對比，驗證了該方法的準確性。最后對兩臺樣機的電樞反應及其影響進行了仿真和實驗研究，分析發現q軸電樞反應是影響切向磁化結構的無刷直流電機性能的主要因素，設計中需采取措施抑制q軸電樞反應的影響。
上傳時間： 2013-04-24
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艦船、飛機、移動通訊、石油鉆井平臺等獨立系統中有許多交直流電力并存的場合，需要實現發供電系統的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質。常規的電勵磁發電機因為帶有電刷使供電系統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。為使系統節能高效，本文設計并制作了應用于獨立交直流電力系統的交直流永磁同步發電機。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。文中對電機的設計以及電機的基本性能進行探討。為了減小永磁發電機的電壓調整率，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整率。 首先，針對永磁電機設計的特殊性，應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。文中還根據電磁場的計算結果，應用傅立葉級數計算了電機的空載感應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?？紤]到永磁材料的溫度性能問題，應用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩態時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發電機的主要電磁關系，研究了電機的數學模型，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為常數。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。根據電機穩態運行時的方程，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電動勢來表示。根據仿真結果與樣機試驗結果的比較發現，兩者吻合良好。 另外，本文還設計了一臺電勵磁的交直流發電機，電磁設計結果表明，永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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變速恒頻風力發電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的關注，有著良好的發展前景。本文致力于研究變速恒頻風力發電技術，從分析其運行機理入手，比較了定槳距、變槳距和變速恒頻風力發電的區別，選定雙饋式變速恒頻方案：它在低風速階段主要進行變槳距調節追求最大風能捕獲，高風速時通過控制雙饋電機轉子側的電流，達到定子輸出恒頻和有功、無功的獨立調節。變槳距風力機作為風能轉換為機械能的設備，是風力發電系統的重要組成部分，它與風電場風能資源的匹配問題直接影響到了風力發電系統的運行特性。本文以風能理論為基礎，探討了風力機組設備的選型問題，建立起風速和風力機系統的數學模型。雙饋異步電機是變速恒頻風力發電系統的核心。本文分析了其基本運行特點，指出雙饋發電機具有普通交流電機無法比擬的優點；研究了穩態電路和功率平衡關系，并詳細推導出M-T-0坐標系下的5階狀態方程，建立起定子磁鏈定向矢量控制系統，實現了定子有功和無功的解耦控制，使電機控制簡單化。變頻器是雙饋電機實現變速恒頻運行的關鍵，本文選定了六脈波交-交變頻器作為勵磁電源。通過對其主電路結構、余弦交截法和觸發脈沖產生原理等的進一步分析，建立起六脈波交-交變頻器的數學模型，并處理了與變頻器與發電機的接口問題。最后，利用Matlab6.5/Simulink5.0仿真軟件，建立了系統各組成部分的仿真模型，并進行了仿真實驗研究。仿真結果表明，所建模型是正確的，變速恒頻風力發電系統具有良好的運行特性。
上傳時間： 2013-07-14
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本文主要圍繞車用CAN總線抗電磁干擾能力進行了研究。 首先，在在參考國內外相關研究資料的基礎上，依據FORD公司的ES-XW7T-1A278-AC電磁兼容標準、IS07637-3對非電源線的瞬態傳導抗干擾測試標準和IS011452-4大電流注入(BCI)電磁兼容性標準，利用瑞士EMTEST公司的UCS-200M、CSW500D等設備，搭建了3個用于測試CAN總線抗干擾能力的實驗平臺。 在所搭建的測試平臺上，著重從CAN總線通訊介質選擇和CAN節點抗干擾設計兩個方面進行了理論分析和對比實驗研究，得出了當采用屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線作為總線通訊介質時，影響其抗干擾能力的因素；當CAN總線節點采用的不同的物理層參數時，如光耦、共模線圈、磁珠、濾波電容、分裂端接電阻、不同的總線發送電平、不同的CAN收發器等，對CAN總線抗干擾能力的影響，給出了一些增強CAN節點電路抗干擾能力的建議及一種推薦電路。 最后提出了一種新的提高CAN總線抗干擾能力的方法，即通過把CAN總線的CANH和CANL數據線分別通過一個電阻連接到總線收發器的地和電源端，使總線的差分電平整體下拉，從而降低總線收發器對某些干擾引起的電平波動所產生的誤判斷以達到增強抗電磁干擾的目的。并在基于FORD公司的ES-XW7T-1A278-AC電磁兼容標準所搭建的CAN總線測試平臺上進行實驗，驗證了其有效性。
上傳時間： 2013-06-19
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永磁無刷直流電動機利用轉子上的永磁體激磁，采用電子換相取代機械換相，結構簡單、體積小、效率高，在許多領域得到了廣泛應用。但是，由于永磁無刷直流電動機本身存在較大的轉矩脈動，從而使電機運行性能存在缺陷，限制了它在精密傳動系統中的應用。本文在開發完成永磁無刷直流電動機控制系統的基礎上，針對如何減小和抑制自控式永磁電動機轉矩脈動這一問題，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子磁勢盡量保持在90°左右，來實現近似正弦波電流驅動，可以在不增加系統成本的基礎上，較好地抑制電磁轉矩脈動，并通過實驗驗證其正確性，其主要內容如下： 第二章主要闡述了永磁無刷直流電動機的運行原理，給出了電機的數學模型，在此基礎上，利用Matlab/Simulink軟件建立了電機及控制系統的仿真模型，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計，并對系統主電路、驅動模塊、電流檢測、過壓保護等電路作了詳細的介紹，對設計中容易出現的問題進行分析，搭建了整個系統的硬件平臺。 第四章介紹了常規的矢量控制技術，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子磁勢盡量保持在90°左右，從而達到控制器簡單、轉矩脈動降低的目的。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，并重點介紹了系統啟動、轉速計算、轉子位置計算、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去掉了電刷，使得它具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、損耗小、效率高、運行特性優良等特點，從而廣泛應用于航空航天、精密儀器、工業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計方法和分析方法進行了研究： 永磁電機設計計算中傳統的一般采用比較簡單的磁路法，用磁鋼工作圖計算靜態及動態的工作點，這顯然不能滿足精確性的要求。本文采用了場路結合的方法，首先利用磁路法對電機進行初步設計，然后建立有限元分析模型對電機的參數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(如空載漏磁系數、電樞計算長度、計算極弧系數和氣隙系數等)及性能參數反電動勢、電磁轉矩、電感的計算中。以電機內磁場有限元分析為基礎的設計結果體現了較高的精確度；同時，由于在大功率、高轉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，并針對電磁轉矩脈動和齒槽轉矩脈動的產生的原因，給出了多種有效的抑制方法，使電機設計更為合理。最后介紹了電機測試平臺的搭建和具體的測試方法，以驗證用戶關心的電機性能參數在電機設計中的正確性。
上傳時間： 2013-06-09
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感應電機雙饋調速系統是一種性能優越的電力拖動控制系統，它不僅降低了功率變換器的額定功率，而且能夠通過調節轉子電壓的幅值、相位和頻率來實現電機定子側功率因數的調節。由于系統控制方法的靈活性和多樣性，使得雙饋電機在工業傳動領域、風力發電以及抽水蓄能電站中擁有廣闊的應用前景。 本文主要對雙饋電機矢量控制系統進行了相關研究。首先，比較雙饋調速系統和傳統的異步電機變頻調速系統的異同點，闡述了雙饋電機的工作原理，各種不同的磁場定向控制方式，并分析了它的穩態特性；接著，利用雙饋調速系統控制方法靈活多樣的特點，構建了一套交直交變換器勵磁的矢量調速系統，系統模型建立在以轉子磁鏈定向了同步旋轉的坐標軸系中，可以實現雙饋電機轉速與無功功率的解耦控制，同時，控制交直交變換器能量的雙向流動，雙饋電機可以在超同步、亞同步方式下運行，通過計算機仿真，驗證了這種控制方式的可行性和正確性；隨后，闡述了雙饋電機的功角特性，通過功角特性分析了電機的靜態穩定性，并建立了雙饋電機的開環電壓控制、開環電流控制以及矢量控制的小信號模型，對上述幾種控制方式下的雙饋電機暫態穩定性進行了深入研究；最后，綜合上述討論結果，設計了雙饋電機的控制系統硬件部分，并給出了部分軟件設計流程。
上傳時間： 2013-07-25
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開發和研制無鐵心永磁電機是當前電機領域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發無鐵心永磁電機需要準確計算電機的參數和性能，而實現這一任務的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結構特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學的研究熱點之一。 本文的研究內容是國家高技術研究發展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設計與集成技術”的關鍵技術之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節約計算機內存和CPU時間。根據對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標量磁位漸近邊界條件數學模型。為了盡可能減少節點的數量，結合無鐵心永磁電機的具體結構，推導了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標量漸近邊界條件與有限元法結合的三維開域靜磁場的數學模型，并提出具體的實施方法，推導出相應的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節約計算機內存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內轉子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉子均無鐵心的情況下電機內部及周圍磁場的大小，總結出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規律。 第三部分針對不同拓撲結構的Halbach磁體陣列電機磁場問題進行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數、電樞計算長度等主要設計參數隨電機結構尺寸的變化規律。 第四部分針對具有試驗數據的三種結構的無鐵心永磁電機樣機進行了計算和分析，計算結果與試驗數據吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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