MATLAB小波分析 是張德豐 編著的那本黃色書上的源代碼
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)同步發(fā)電機(jī)乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜，對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性提出了更高的要求。本文根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，研究開發(fā)了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發(fā)電機(jī)DSP勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。 本文首先介紹了數(shù)字勵(lì)磁的發(fā)展歷程、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，然后介紹了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)，提出了基于數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案。 在詳細(xì)解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎(chǔ)上，提出了勵(lì)磁系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法；完成了IGBT勵(lì)磁裝置主回路和 IGBT 保護(hù)及驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)；進(jìn)行調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)和高速的實(shí)時(shí)處理能力，用單片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)保護(hù)等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡(jiǎn)化了勵(lì)磁控制器的硬件結(jié)構(gòu)，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了勵(lì)磁控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的仿真模型。仿真結(jié)果表明，采用 TMS320F2812的同步發(fā)電機(jī)IGBT勵(lì)磁系統(tǒng)具有響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)靈敏、控制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機(jī)應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機(jī)根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(jī)(無刷直流電機(jī))和正弦波永磁同步電機(jī)(永磁同步電機(jī))。正弦波永磁同步電機(jī)為實(shí)現(xiàn)其正弦波驅(qū)動(dòng)控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，通常采用機(jī)械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機(jī)械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價(jià)格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)(電壓)或電流等過零點(diǎn)獲取轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，此技術(shù)雖取消了機(jī)械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測(cè)精度不高，運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機(jī)械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的正弦波驅(qū)動(dòng)控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實(shí)現(xiàn)位置估算法的原理，針對(duì)其不足提出了一種改進(jìn)的方法，該法通過對(duì)位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)位置估算方法即使在加減速等動(dòng)態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號(hào)處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動(dòng)芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機(jī)在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時(shí)的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，文中詳細(xì)討論了位置估算程序和實(shí)現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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為設(shè)計(jì)高性能、低損耗的電機(jī)，需要準(zhǔn)確地分析電機(jī)鐵耗。本文從鐵磁材料的磁化特點(diǎn)出發(fā)，以分離鐵耗模型為基礎(chǔ)，對(duì)交變磁化以及旋轉(zhuǎn)磁化條件下鐵磁材料和電機(jī)的鐵耗進(jìn)行分析和計(jì)算，分別從理論和實(shí)踐角度著重就電機(jī)鐵耗計(jì)算和測(cè)量中的一些相關(guān)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(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，在Preisach靜態(tài)磁滯模型的基礎(chǔ)上，利用極限磁滯回線的對(duì)稱性，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了Preisach人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)磁滯仿真模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵磁材料交流磁滯回線的理論計(jì)算，為磁滯損耗的理論分析和計(jì)算奠定了基礎(chǔ)；為對(duì)交流磁滯回線進(jìn)行實(shí)測(cè)，本文給出了一種采用愛潑斯坦方圈測(cè)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(huán)形樣片測(cè)量法的不足，操作簡(jiǎn)單，且測(cè)量精度高，具有較好的實(shí)用價(jià)值。利用該方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很好地驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果。 對(duì)渦流損耗以及異常損耗的計(jì)算模型，本文系統(tǒng)地給出了其推導(dǎo)過程，對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)一步加以明確，并對(duì)模型的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。鐵磁材料異常損耗計(jì)算模型是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理推導(dǎo)而來的，模型中參數(shù)的確定涉及到鐵磁材料的微觀特性，本文給出了通過實(shí)驗(yàn)確定其參數(shù)的具體方法；考慮到工程中異常損耗計(jì)算模型是其理論模型的簡(jiǎn)化形式，文中對(duì)兩者的差別進(jìn)行了分析。 在分析電機(jī)鐵耗時(shí)，既要考慮鐵心材料本身的損耗特性，也要考慮電機(jī)供電方式以及鐵心中磁場(chǎng)變化等因素對(duì)鐵耗的影響。在對(duì)鐵磁材料損耗特性分析的基礎(chǔ)上，本文考慮到局部磁滯回環(huán)對(duì)電機(jī)鐵耗的影響，推導(dǎo)了計(jì)及局部磁滯作用的電機(jī)鐵耗模型，并從理論上對(duì)C.P.Steinmetz的磁滯損耗經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了驗(yàn)證，從而明確了公式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的物理意義；同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)研究，分析了磁化頻率對(duì)磁滯損耗系數(shù)的影響，提出了在磁化頻率較高時(shí)分段確定磁滯損耗系數(shù)的方法；考慮到現(xiàn)代電機(jī)控制策略以及供電方式的多樣性，本文對(duì)正弦波、方波以及三角波電壓供電時(shí)鐵心材料的交變鐵耗模型分別進(jìn)行了推導(dǎo)，給出了其解析表達(dá)式，并通過實(shí)測(cè)證明了模型的有效性；對(duì)SPWM這類應(yīng)用較為廣泛的非正弦供電方式，推導(dǎo)了電機(jī)交變損耗的一般計(jì)算模型，分析了SPWM變頻器供電時(shí)電機(jī)鐵耗與變頻器參數(shù)的關(guān)系，給出了其關(guān)系的數(shù)量表達(dá)式; 同時(shí)采用改進(jìn)的愛潑斯坦方圈試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)非正弦供電條件下的鐵磁材料損耗和電機(jī)鐵耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 考慮到電機(jī)鐵心制造過程中沖壓對(duì)鐵心材料特性的影響，本文提出了一套簡(jiǎn)便的對(duì)鐵磁材料進(jìn)行沖壓影響研究的實(shí)驗(yàn)方法，利用該方法，有效地對(duì)材料的沖壓影響特性進(jìn)行了分析。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，本文推導(dǎo)了考慮沖壓影響時(shí)的鐵磁材料損耗的修正系數(shù)，從而在傳統(tǒng)交變鐵耗分離模型的基礎(chǔ)上，建立了計(jì)及沖壓影響的電機(jī)鐵耗計(jì)算模型。對(duì)模型中引入的沖壓影響修正系數(shù)，給出了詳細(xì)的推導(dǎo)過程和明確的計(jì)算方法，從而使傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)修正方法得到改善。 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，除交變磁化外，同時(shí)還存在大量的旋轉(zhuǎn)磁化。本文對(duì)旋轉(zhuǎn)磁化的物理機(jī)理進(jìn)行了初步探討，分析了旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹了當(dāng)前鐵磁材料旋轉(zhuǎn)磁化性能以及旋轉(zhuǎn)磁化損耗實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算的方法和手段。 在以上鐵耗理論的基礎(chǔ)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(dòng)態(tài)電路模型，并將該模型應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)鐵心等效電路中，推導(dǎo)了異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)鐵耗的分離等效電阻。以一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)為樣機(jī)，采用以上鐵耗的動(dòng)態(tài)分離等效電阻，有效地對(duì)電機(jī)鐵耗進(jìn)行了分離，從而為深入研究電機(jī)的動(dòng)態(tài)鐵耗特性提供了便利。 論文最后以一臺(tái)永磁無刷直流電機(jī)為例，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行特性以及鐵心損耗進(jìn)行了分析計(jì)算。分析中應(yīng)用場(chǎng)路結(jié)合法，建立了永磁無刷電機(jī)換流等效電路模型，采用鏡像法建立了深槽無刷電機(jī)電樞反應(yīng)分析模型；在電機(jī)鐵耗分析中，推導(dǎo)了考慮旋轉(zhuǎn)磁化的電機(jī)鐵耗工程計(jì)算模型，對(duì)樣機(jī)鐵耗進(jìn)行了理論計(jì)算，并通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)旋轉(zhuǎn)磁化條件下的樣機(jī)空載鐵耗進(jìn)行了測(cè)量，最終理論值與實(shí)測(cè)值吻合良好，證明了上述方法的有效性。
標(biāo)簽： 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 損耗 分
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱USM)是八十年代發(fā)展起來的新型微電機(jī)。本文針對(duì)超聲波電機(jī)及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),以我國(guó)研究技術(shù)相對(duì)比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(jī)(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱TUSM)的伺服控制技術(shù)為研究對(duì)象,以直徑60mm的行波超聲波電機(jī)TUSM60為研究實(shí)例,在特性測(cè)試、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識(shí)模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實(shí)現(xiàn)等方面展開研究。本論具體的研究?jī)?nèi)容為： 在分析超聲波電機(jī)研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)外超聲波電機(jī)特別是行波超聲波電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),重點(diǎn)論述了行波超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究進(jìn)展。 介紹行波超聲波電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),并從該電機(jī)的主要理論基礎(chǔ)--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機(jī)定子質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程.并結(jié)合定轉(zhuǎn)子摩擦接觸特點(diǎn),分析了行波超聲波電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。 根據(jù)對(duì)行波超聲波電機(jī)測(cè)試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機(jī)高性能測(cè)試控制平臺(tái)。其中控制核心采用了雙DSP結(jié)構(gòu),可以在對(duì)行波超聲波電機(jī)進(jìn)行控制的同時(shí),將必要的參數(shù)讀取出來進(jìn)行分析和研究。為行波超聲波電機(jī)瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎(chǔ)。 對(duì)電機(jī)的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行的測(cè)試,可以分析驅(qū)動(dòng)頻率、電壓以及相位差等調(diào)節(jié)量對(duì)電機(jī)輸出的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)行波超聲波電機(jī)的調(diào)節(jié)方式、控制算法選擇方面進(jìn)行分析,并得到相應(yīng)結(jié)論。 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納,利用系統(tǒng)辨識(shí)中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機(jī)工作范圍內(nèi),辨識(shí)若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數(shù)進(jìn)行二維或三維擬合,可以得到一個(gè)關(guān)于行波超聲波電機(jī)傳遞函數(shù)的模型。辨識(shí)模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗(yàn)證等提供了行之有效的手段。 在對(duì)行波超聲波電機(jī)的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對(duì)常規(guī)PI恒轉(zhuǎn)速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進(jìn)行了研究；利用神經(jīng)元的在線自學(xué)習(xí)能力,研究和設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID-PI轉(zhuǎn)速控制器,提高控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)非線性和時(shí)變性的適應(yīng)能力；為了消除在伺服控制中,單一調(diào)節(jié)量(驅(qū)動(dòng)頻率)情況下,低轉(zhuǎn)速的跳躍問題,研究和討論了多調(diào)節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對(duì)控制方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；在位置控制中,利用轉(zhuǎn)速控制研究的結(jié)果,研究和設(shè)計(jì)了位置--速度雙環(huán)(串級(jí))控制器,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)高精度位置伺服控制。 通過對(duì)已有控制系統(tǒng)的改進(jìn)和簡(jiǎn)化,設(shè)計(jì)和研制了具有實(shí)用化價(jià)值行波超聲波電機(jī)控制器：并將研究成果應(yīng)用于針對(duì)核磁成像設(shè)備而設(shè)計(jì)的行波超聲波電機(jī)隨動(dòng)控制系統(tǒng)中,同時(shí)嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺(tái)。
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 基于此，利用仿真的方式對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究并給出了相關(guān)結(jié)論，同時(shí)提出了一些新的控制算法，并建立了一個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)。 首先，從同步電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)的模型入手，根據(jù)研究需要修改了同步電機(jī)的仿真模型，詳細(xì)地介紹了檢測(cè)單元、控制單元和勵(lì)磁系統(tǒng)主回路模型，在總結(jié)普通PID調(diào)節(jié)方式不足的基礎(chǔ)上提出了一種性能優(yōu)越的非線性PID控制方式。 其次，分別在有刷和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)下，對(duì)普通PID、非線性PID和模糊自適應(yīng)PID三種控制方式在階躍響應(yīng)和突變負(fù)載的情況下進(jìn)行仿真，對(duì)輸出的機(jī)端電壓進(jìn)行分析并得出相關(guān)結(jié)論。 除了對(duì)通用的勵(lì)磁控制算法進(jìn)行仿真分析外，提出了一種基于同步電機(jī)本身的勵(lì)磁控制算法，這種控制方式是對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行閉環(huán)控制，并輔以非線性的PID控制進(jìn)行進(jìn)行精度調(diào)節(jié)。針對(duì)這種方式，提出了兩種實(shí)現(xiàn)方案。同樣在有刷和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)下進(jìn)行階躍響應(yīng)和突變負(fù)載的仿真分析研究。仿真測(cè)試表明，這種控制算法在控制的快速性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于通用的控制方式。 最后，鑒于勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真的重復(fù)性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵(lì)磁控制仿真平臺(tái)，借助此平臺(tái)對(duì)SIMULINK模型操作，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的設(shè)置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關(guān)的輔助操作等等，可以極大地簡(jiǎn)化仿真的操作過程，提高仿真的效率。另外，此平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)也為其它系統(tǒng)類型仿真界面的建立提供了重要的參考。
標(biāo)簽： 同步發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁控制 仿真研究
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(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)渥澹治霰容^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(jiǎn)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(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(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(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(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)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：?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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電氣化鐵道牽引網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電氣元件上具有特殊性，開展數(shù)學(xué)模型和電氣參數(shù)研究對(duì)掌握其電氣性能具有重要意義。 本文主要介紹了電氣化鐵道牽引網(wǎng)基波與諧波的模型建立與電氣參數(shù)計(jì)算。 借用電力系統(tǒng)中的成熟計(jì)算方法，并結(jié)合牽引網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和導(dǎo)線的特殊性，闡述了多導(dǎo)體傳輸線的串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納矩陣的計(jì)算方法，給出了計(jì)算實(shí)例。 各種供電方式的牽引網(wǎng)都可等效成多導(dǎo)體傳輸線的供電網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的各種電氣參數(shù)均可視為串聯(lián)元件和并聯(lián)元件。牽引網(wǎng)的均勻多導(dǎo)體傳輸線采用等值Ⅱ型電路，對(duì)其它各種串聯(lián)與并聯(lián)元件也分別建模。 用C＃語言編制了牽引網(wǎng)模型仿真計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)了諧波在牽引網(wǎng)中的分布計(jì)算。為計(jì)算程序設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)界面，通過界面可以完成牽引網(wǎng)的參數(shù)輸入與外部數(shù)據(jù)讀取，計(jì)算結(jié)果再用.csv格式輸出。其中，詳細(xì)介紹了LU三角算法。 最后，結(jié)合京哈線薊縣南牽引變電所供電區(qū)段高次諧波諧振測(cè)試，分析了牽引網(wǎng)參數(shù)對(duì)高次諧波諧振的影響，說明了諧振的原因并給出了治理措施。利用程序進(jìn)行了仿真計(jì)算，驗(yàn)證了程序的可用性。
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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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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