開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理，推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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交流電機，特別是異步籠型電機，因具有結構簡單，堅固耐用，價格便宜等特點而得到廣泛應用。經過一個多世紀的發展，其調速方法同趨成熟，而交流調速的最理想方法還是變頻調速。隨著工業需求的快速增長，高壓大功率成為發展的必然趨勢，但是在中高壓大功率調速領域，大都采用電動機定速運行。 直到20世界末采用全控型電力電子器件的高壓大功率交流變頻調速產品誕生，大功率傳動領域巨大節能需求得到釋放。多電平功率變換技術可以使耐壓值較低的全控型電力電子器件可靠應用于高壓大功率領域，并有效減少PWM控制產生的高次諧波。當前，級聯式多電平功率變換電路在高壓電機調速和電力系統無功補償領域已獲得實際應用。 本課題以10kV，250kW高壓變頻器為背景，主要研究級聯式多電平高壓變頻器在異步電機控制領域的應用。在對高壓變頻器工作原理與結構設計研究的同時，對主電路進行諧波改善分析。高壓變頻器很難做成通用變頻器，所以最好設計與之相適應的高壓變頻電機。通過對這種新型電機設計的研究，更好地發揮了變頻調速技術的優勢。在本課題中，還采用了MATLAB7.0/Simulink6.0仿真軟件，對功率單元移相多重化進行了仿真，為進一步的研究做準備。 依照本課題的研究，最終目的是為高壓變頻器在異步電機控制領域的應用作結構優化，器件搭配的指導，并在運行過程中通過調試和仿真提供不斷改善的最佳方案。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著環境污染的惡化和能源危機問題的凸現，低污染、高節能的電動汽車的研究和應用成為當今汽車產業的發展趨勢。作為電動汽車所必須的輔助設備—充電電源，其安全性、高效性及便攜性是影響電動汽車廣泛推廣的關鍵因素。因此，發展高效可靠的充電電源已成為電動汽車領域的重點研究方向之一。本論文以移相全橋直流變換器為基礎，系統研究了移相全橋變換器控制策略和電路拓撲中的重要問題，研制一套適用于電動汽車的充電電源。論文的主要研究工作包括： 介紹電動汽車充電電源的充電方式以及軟開關全橋技術，并對蓄電池的各種充電方式進行比較。 分析了移相全橋直流變換器的基本原理，對現今的幾種零電壓零電流（ZVZCS）移相全橋變換的主電路拓撲比較，選擇一種具有副邊簡單輔助電路的移相全橋作為主電路拓撲，結合所需電源的具體參數，對主電路拓撲各元件進行設計，對主電路的工作過程分析，建立了其等效電路小信號模型。利用MATLAB中的SIMULINK仿真模塊對主電路進行仿真，證明了主電路參數設計的合理性。 設計了以DSP為控制核心的電源系統，實現移相全橋控制、輸出電流電壓調制和過流過壓保護等功能，采用中斷功能實現移相PWM脈沖的軟件生成方法，給出了系統主程序、中斷服務程序、鍵盤及LCD顯示的程序流程圖。 最后給出樣機的實驗結果和分析。結果表明，在任何負載下，超前臂能夠較好的實現零電壓開關，在小于半載的情況下，滯后臂能夠較好實現零電流開關。
上傳時間： 2013-05-29
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非接觸電能傳輸技術是一門新興的能量傳輸技術，它集合了電力電子能量傳輸技術、磁場耦合技術以及現代控制理論。由于這種電能傳輸方式沒有接觸摩擦，可減少對設備的損傷，不會產生易引燃引爆的火花，解決了給移動設備特別是在惡劣環境下，工作設備的供電問題。在交通運輸、航空航天、機器人、醫療器械、照明、便攜式電子產品、礦井和水下應用等場合有著廣泛的應用前景。本文對非接觸電能傳輸技術進行了理論和實驗研究。主要研究內容如下： ⑴介紹了非接觸電能傳輸技術的國內外研究現狀，發展前景，基本原理與所涉及到的關鍵技術。 ⑵通過建立漏感模型，對采用各種補償方式時，補償電容的選擇進行了分析與研究，并對不同補償方式時，負載對系統傳輸效率的影響進行了分析。 ⑶介紹了PWM調制硬開關技術、軟開關技術，比較分析了應用于無接觸電能傳輸系統主變換器的幾種逆變器拓撲結構，詳細分析了移相全橋變換器的工作原理，在此基礎上，對變換器進行改進，提出了基于移相全橋控制的諧振變換器，并對變換器的工作原理進行了詳細分析。 ⑷對系統原副邊主電路的主要參數進行了分析與設計，對松耦合變壓器的結構選擇、主要參數進行了分析與設計。 ⑸分別用通用DSP芯片TMS320F2812和專用控制芯片UC3875對系統的控制電路進行了設計。 ⑹對系統進行了仿真研究，在仿真成功的基礎上，采用UC3875控制方案制作了實驗樣機，進行了實驗研究。
上傳時間： 2013-07-19
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逆變電源的發展是和電力電子器件的發展聯系在一起的，隨著現代電力電子技術的迅猛發展，逆變電源在許多領域的應用也越來越廣泛，同時對逆變電源輸出電壓波形質量提出了越來越高的要求。逆變電源輸出波形質量主要包括三個方面：一是輸出穩定精度高；二是動態性能好；三是帶負載適應性強。因此開發既具有結構簡單，又具有優良動、靜態性能和負載適應性的逆變電源，一直是研究者在逆變電源方面追求的目標。本文對逆變電源三閉環控制方案、輸出相位控制、逆變電源數字化控制系統進行研究，以期得到具有高品質和高可靠性的逆變電源。 本文研究了單相全橋逆變電源與三相橋式逆變電源主電路參數，包括逆變器、吸收電路、驅動電路、變壓器和濾波器，并對逆變電源變壓器的偏磁產生原因進行了深入分析，最后給出了有效的抗偏磁措施。針對三相橋式逆變電源通常不能保證三相電壓輸出平衡，研究了一種可以帶不平衡負載的三相逆變電源。研究了逆變電源的控制原理，建立了逆變電源系統動態模型，在此基礎上對逆變電源的各種控制方案的性能進行了對比研究，從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環控制方案。另外，針對逆變電源輸出相位存在固有滯后問題，采用了一種利用電壓瞬時值內環對逆變電源滯后的相角進行補償控制的策略，分析表明上述控制策略雖然有效，但無法做到輸出相角穩態無差，對此，提出一種移相控制方案設想，相當于在原多環控制方案的基礎上加了一個相位控制環。這樣可以使逆變電源輸出相位誤差得到有效的補償，輸出相位精度更高。文章設計了逆變電源數字控制系統，采用TMS320LF2407A控制產生SPWM波，給出控制系統DSP程序運行流程圖，并用DSP對其進行了實現數字化。多環反饋控制系統的采用，使系統具有優異的穩態特性、動態特性和對非線性負載的適應性，使逆變電源的性能得到有效提高。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著大規模集成電路的飛速發展，微控制器和數字信號處理器的性價比不斷提高，數字控制技術已逐步應用于大中功率高頻開關電源。相對于傳統模擬控制方式，數字控制方式具有電源設計靈活、外圍控制電路少、可采用較先進的控制算法、具有較高可靠性等優點。 高頻開關電源具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋波小等特點，現已逐步成為現代通訊設備的新型基礎電源系統。針對傳統開關電源中損耗較大、超調量較大、動態性能較差等問題，本文采用基于DSP的全橋軟開關拓撲結構。全橋軟開關移相控制技術由智能DSP系統完成，采樣信號采用差分傳輸，控制算法采用模糊自適應PID算法，產生數字PWM波配合驅動電路控制全橋開關的通斷。在輸入端應用平均電流控制法的有源功率因數校正，使輸入電流跟隨輸入電壓的波形，從而使功率因數接近1。最后通過Matlab仿真結果表明模糊自適應PID控制算法比傳統PID控制算法在超調量，調節時間，動態特性等性能上具有優越性。 論文以高頻開關電源的設計為主線，在詳細分析各部分電路原理的基礎上，進行系統的主電路設計、輔助電路設計、控制電路設計、仿真研究、軟件實現。重點介紹了高頻變壓器的設計及模糊自適應PID控制器的實現。并將輔助電源及控制電路制成電路板，以及在此電路板基礎上進行各波形分析并進行相關實驗。
上傳時間： 2013-04-24
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多電平逆變器中每個功率器件承受的電壓相對較低，因此可以用低耐壓功率器件實現高壓大容量逆變器，且采用多電平變換技術可以顯著提高逆變器輸出電壓的質量指標。因此，隨著功率器件的不斷發展，采用多電平變換技術將成為實現高壓大容量逆變器的重要途徑和方法。本文選取其中一種極具優勢的多電平拓撲結構一級聯多電平變頻器作為研究對象，完成了其拓撲結構、控制策略及測控系統的設計。 @@ 首先，對多電平變頻器的研究意義，國內外現狀進行了分析，比較了三種成熟拓撲結構的特點，得出了級聯型多電平變頻器的優點，從而將其作為研究對象。對比分析了四種調制策略，確定載波移相二重化的調制方法和恒壓頻比的控制策略，進行數學分析和理論仿真，得出了選擇的正確性及可行性。并指出了級聯單元個數與載波移相角的關系和調制比對輸出電壓的影響；完成了級聯變頻器數學模型的建立和死區效應的分析。 @@ 其次，完成了相關硬件的設計，包括DSP、CPLD、IPM的選型，系統電源的設計、檢測(轉速、電流、電壓、故障)電路的設計、通信電路的設計等。用Labwindows/CVI實現了上位機界面的編寫，實現了開關機、設定轉速、通信配置、電壓電流轉速檢測、電流軟件濾波、諧波分析。編寫了下位機DSP的串口通信、AD轉換、轉速檢測(QEP)以及部分控制程序。 @@ 最后，在實驗臺上完成硬件和軟件的調試，成功的實現了變頻器載波移相SPWM的多電平輸出，并驅動異步電機進行了空載變頻試驗，測控界面能準確的與下位機進行通信，快捷的給定各種控制命令，并能實時的顯示變頻器的輸出頻率、輸出電壓和輸出電流，為實驗調試增加了方便性，提高了工作效率。 @@關鍵詞：級聯多電平逆變器；載波移相；IPM；DSP；Labwindows/CVI；測控界面
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，電源技術無論在理論研究，還是生產應用方面都取得了許多成果和長足的進步。開關電源的研究涉及電力電子、自動控制等技術領域，軟開關、高效率是開關電源的重要研究方向。因此，PFC技術和軟開關PWM技術作為成熟的技術，近些年來在中、小功率乃至大功率開關電源中得到普遍的應用。 本文研究設計了一種具有功率因數校正和軟開關技術的高效率開關電源。該開關電源主要分為兩個部分，前一部分為單相有源功率因數校正電路，后一部分為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。 論文首先介紹了開關電源技術的發展以及涉及到的技術領域，然后闡述了現階段幾種提高開關電源技術的新方法，最后詳細敘述了整個系統的設計。在詳細分析和研究單相有源功率因數校正原理的基礎上，設計出有源功率因數校正電路，并給出電路中升壓電感的設計方法。同時，設計出了大功率移相控制全橋軟開關PWMDC/DC變換器，詳細的研究了實現ZVS的條件。最后研制出了實驗樣機，并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的發展，對大功率、高性能的開關電源要求也越來越高。功率因數校正(PFC)技術是當前電力電子技術研究的熱點問題。大多數電力電子裝置通過整流器與電網接口，而傳統的二極管或晶閘管整流裝置會產生大量的諧波電流，對電網造成污染。許多國家和國際組織相繼制定了一系列限制用電設備諧波的標準。有源功率因數校正技術能夠有效的消除整流裝置的諧波，因此具有廣泛的應用前景。 本文首先分析了開關電源的發展現狀及發展要求，詳細地闡述了開關電源的基本構成和基本組態。然后研究了ZVT-Boost軟開關PFC電路的基本結構、基本工作原理及軟開關實現原理，在此基礎上確定了主電路結構，并制定了控制系統方案。 鑒于功率要求，本文采用兩級PFC電路。因此對常見的DC-DC變換器的拓撲結構、原理特性進行分析。并針對各自的變換器建立了簡化模型，基于所建立的模型分析了變換器的特性，列出各變換器的優缺點及在設計開關電源時的選用原則。最后，對所設計的系統進行了仿真分析。 本文根據用戶的要求研究設計了一種大功率高性能開關電源。該開關電源分為前級和后級，前級為采用BOOST結構的單相有源功率因數校正電路，后級為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。最后研制出了實驗樣機，并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間： 2013-04-24
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開關損耗及其帶來的散熱問題限制了變流器開關頻率的提高，從而限制了變流器的小型化和輕量化。軟開關技術能夠有效的降低開關損耗，提高變流器的效率和開關頻率，被廣泛的應用在各種大功率開關電源場合。 本文首先對軟開關技術進行了一個概述，介紹了軟開關技術的工作原理及發展歷史，特別提到了最新的控制型軟開關技術。在第二章中，針對課題，著重講述了全橋電路。作為對比，首先分析了全橋硬開關電路的工作原理和開關損耗。然后，分析了全橋軟開關兩種常見的實現方法：ZVS和ZVZCS，并針對幾種常見拓撲，詳細對比了它們的工作原理，軟開關實現方法，軟開關實現效果，軟開關實現范圍和總體效率，指出了它們的優缺點和各自適合的應用領域。在第三章中，首先介紹了全橋軟開關的兩種控制策略：移相全橋和有限雙極性，從實現方法和對軟開關效果的影響兩個方面，做出比較。然后介紹了開關電源常見的三種控制方式：電壓模式控制、峰值電流模式和平均電流模式控制，其中詳細介紹了平均電流模式控制，給出了設計思想和步驟。最后，給出了全橋軟開關電路的小信號模型，分析了軟開關技術的引入對傳統PWM硬開關全橋電路小信號模型的影響。第四章給出了5kW電力操作電源的具體設計步驟，如方案選擇，磁設計、控制環路設計、副邊整流電壓尖峰吸收等關鍵步驟。第五章分析了實驗波形和實驗數據，驗證了上述理論和設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-22
上傳用戶：dajin
