該論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎(chǔ)上詳細討論了其變頻調(diào)速的理論并且設(shè)計了一套基于DSP的永磁同步電動機磁場定向矢量控制系統(tǒng).永磁同步電動機相對感應(yīng)電動機來說具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點,因此自從上個世紀80年代,隨著永磁材料性能價格比的不斷提高,以及電力電子器件的進一步發(fā)展,永磁同步電動機的研究也進入了一個新的階段.永磁同步電動機既區(qū)別于感應(yīng)電動機又與電勵磁同步電動機相比有自身的特點,因此該論文首先從永磁同步電動機的本身出發(fā),討論了其穩(wěn)態(tài)運行原理,分析了永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩特性、功率特性及效率.矢量控制理論的發(fā)明是交流調(diào)速領(lǐng)域中的一個重大突破,該論文詳細討論了永磁同步電動機的矢量控制,在推導(dǎo)其精確數(shù)學模型的基礎(chǔ)上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動機控制的幾種電路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大轉(zhuǎn)矩/電流控制方式,并且開發(fā)出基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng),給出了其軟、硬件的設(shè)計方案.弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制又一方面,論文分析了永磁同步電動機弱磁調(diào)速的原理以及弱磁擴速困難的原因,并由此提出了兩種特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的新弱磁方案.直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制后交流調(diào)速領(lǐng)域的又一個高性能控制方法,論文最后討論了直接轉(zhuǎn)矩控制理論在永磁同步電動機控制上的運用,并使MATLAB工具對永磁同步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行了仿真研究,仿真結(jié)果表明,直接轉(zhuǎn)矩控制具有動態(tài)性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
標簽： 永磁同步電動機 變頻調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-06
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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(dǎo)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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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(fā)展，無刷直流電機的技術(shù)優(yōu)勢逐漸凸顯，近年來在各種驅(qū)動、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速的推廣應(yīng)用。大功率無刷直流電機在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于對系統(tǒng)效率、可靠性要求較高的場合，在國內(nèi)，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(yù)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(shè)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(tài)工作模式下，電壓源型無刷直流電機的數(shù)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(zhuǎn)矩系數(shù)、反電勢系數(shù)、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(shù)和特性存在較大影響，因此在大功率無刷直流電機設(shè)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(wǎng)絡(luò)法以及它們在無刷直流電機電磁設(shè)計中的應(yīng)用進行了比較研究，提出了采用有限元法計算漏磁系數(shù)、計算極弧系數(shù)、電樞計算長度和氣隙系數(shù)，然后把它們應(yīng)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(jié)合法。以此為基礎(chǔ)，編制了無刷直流電機電磁設(shè)計軟件，并將其應(yīng)用于兩臺樣機的設(shè)計，通過與電磁場有限元法計算結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)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(yīng)及其影響進行了仿真和實驗研究，分析發(fā)現(xiàn)q軸電樞反應(yīng)是影響切向磁化結(jié)構(gòu)的無刷直流電機性能的主要因素，設(shè)計中需采取措施抑制q軸電樞反應(yīng)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(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(yù)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)?？紤]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(dǎo)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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變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)因其高效性和實用性正受到越來越多的關(guān)注，有著良好的發(fā)展前景。本文致力于研究變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)，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(fā)電的區(qū)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(diào)節(jié)追求最大風能捕獲，高風速時通過控制雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)的電流，達到定子輸出恒頻和有功、無功的獨立調(diào)節(jié)。變槳距風力機作為風能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備，是風力發(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的運行特性。本文以風能理論為基礎(chǔ)，探討了風力機組設(shè)備的選型問題，建立起風速和風力機系統(tǒng)的數(shù)學模型。雙饋異步電機是變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的核心。本文分析了其基本運行特點，指出雙饋發(fā)電機具有普通交流電機無法比擬的優(yōu)點；研究了穩(wěn)態(tài)電路和功率平衡關(guān)系，并詳細推導(dǎo)出M-T-0坐標系下的5階狀態(tài)方程，建立起定子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)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(xiàn)變速恒頻運行的關(guān)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(jié)構(gòu)、余弦交截法和觸發(fā)脈沖產(chǎn)生原理等的進一步分析，建立起六脈波交-交變頻器的數(shù)學模型，并處理了與變頻器與發(fā)電機的接口問題。最后，利用Matlab6.5/Simulink5.0仿真軟件，建立了系統(tǒng)各組成部分的仿真模型，并進行了仿真實驗研究。仿真結(jié)果表明，所建模型是正確的，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)具有良好的運行特性。
標簽： 變速恒頻 仿真研究 風力發(fā)電系統(tǒng)
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(nèi)外相關(guān)研究資料的基礎(chǔ)上，依據(jù)FORD公司的ES-XW7T-1A278-AC電磁兼容標準、IS07637-3對非電源線的瞬態(tài)傳導(dǎo)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(shè)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(zhì)選擇和CAN節(jié)點抗干擾設(shè)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(zhì)時，影響其抗干擾能力的因素；當CAN總線節(jié)點采用的不同的物理層參數(shù)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(fā)送電平、不同的CAN收發(fā)器等，對CAN總線抗干擾能力的影響，給出了一些增強CAN節(jié)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(shù)據(jù)線分別通過一個電阻連接到總線收發(fā)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(fā)器對某些干擾引起的電平波動所產(chǎn)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(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(dǎo)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(dǎo)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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感應(yīng)電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)是一種性能優(yōu)越的電力拖動控制系統(tǒng)，它不僅降低了功率變換器的額定功率，而且能夠通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的幅值、相位和頻率來實現(xiàn)電機定子側(cè)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。由于系統(tǒng)控制方法的靈活性和多樣性，使得雙饋電機在工業(yè)傳動領(lǐng)域、風力發(fā)電以及抽水蓄能電站中擁有廣闊的應(yīng)用前景。 本文主要對雙饋電機矢量控制系統(tǒng)進行了相關(guān)研究。首先，比較雙饋調(diào)速系統(tǒng)和傳統(tǒng)的異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)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(wěn)態(tài)特性；接著，利用雙饋調(diào)速系統(tǒng)控制方法靈活多樣的特點，構(gòu)建了一套交直交變換器勵磁的矢量調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)模型建立在以轉(zhuǎn)子磁鏈定向了同步旋轉(zhuǎn)的坐標軸系中，可以實現(xiàn)雙饋電機轉(zhuǎn)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(tài)穩(wěn)定性，并建立了雙饋電機的開環(huán)電壓控制、開環(huán)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(tài)穩(wěn)定性進行了深入研究；最后，綜合上述討論結(jié)果，設(shè)計了雙饋電機的控制系統(tǒng)硬件部分，并給出了部分軟件設(shè)計流程。
標簽： 感應(yīng)電機 雙饋 仿真
上傳時間： 2013-07-25
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