由于目前尚未有文獻對以上三類控制器進行詳細的研究比較,因此該文利用MATLAB中Simulink的模塊函數建立了以上三類滯環電流控制器的仿真模型,對以上三類控制器進行詳細的仿真研究,探討其各方面性能的優劣. 通過對基于空間矢量調制的三相滯環電流控制器(SVMHCC)的仿真研究表明,當其外滯環寬度太小時,三相電流容易產生畸變,三相總開關次數反而較小;當其外滯環寬度太大時,三相電流能夠得到有效控制,但是最大電流誤差和三相總開關次數增加,因此選擇外滯環寬度時需要綜合考慮控制器的控制性能、最大電流誤差和三相總開關次數等因素.但是由于需要考慮的因素大多而且它們相互制約,因此如何選擇合適的外滯環寬度就成為SVMHCC中難以解決的問題. 在仿真研究的基礎上,該文提出了改進方案.仿真和實驗結果均表明,改進的滯環電流控制器綜合了以上幾種控制器的優點,具有三相總開關次數低、開關頻率變化規則、三相控制對稱和能有效控制三相最大電流誤差等優點.
上傳時間: 2013-06-07
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無刷直流電機是隨著電力電子技術的發展和新型永磁材料的出現而迅速發展起來的一種新型機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用,無位置傳感器控制方法的優勢也越來越明顯,特別是"反電勢法"無刷直流電機控制方法已經發展成為最實用的無位置傳感器控制方法.論文在介紹常用的無位置傳感器無刷直流電機控制方法的基礎上,詳細分析了"反電勢法"無刷直流電機控制原理.深入研究了三種反電勢過零檢測方法,設計了反電勢過零檢測電路,并對檢測電路移相產生的轉子位置誤差進行了分析,給出了補償方法.以變頻空調壓縮機用無刷直流電機為樣機,設計了"反電勢法"無刷直流電機控制系統的硬件電路,詳細介紹 電路各個組成部分,同時介紹了控制系統中采用的軟硬件抗干擾措施.論文介紹了"反電勢法"無刷直流電機控制常用的起動方法,深入討論了"三段式"起動技術,對"三段式"起動技術中轉子預定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析,并對外同步加速過程中出現的超前換相和滯后換相現象進行了深入的研究.提出了一種新的利用反電勢過零點實現電機最佳換相邏輯的方法,這種方法不但可以實現電機調速,而且在電機起動過程中,使外同步到自同步的切換更加容易.實驗結果驗證了這種方法的正確性.
上傳時間: 2013-04-24
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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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傳統的直流電機一直在電機驅動系統中占據主導地位,但由于其本身固有的機械換向器和電刷導致電機容量有限、噪音大和可靠性不高,因而迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅動電機。隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發展而成熟起來的直流無刷電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點,從而使其極有希望代替傳統的直流電機成為電機驅動系統的主流。 模糊控制器具有魯棒性好、抗干擾能力強的優點。論文提出了基于轉速環模糊邏輯控制理論的直流無刷電機的控制系統設計方案,保證了伺服控制系統具有優良的靜動態特性,因而滿足更多應用場合的需要。 論文具體包括以下幾個部分工作: 首先,從電機本體和控制角度出發,闡述了直流無刷電機在實際應用中需要解決的關鍵性問題:電磁轉矩脈動。詳細分析了電磁轉矩脈動產生的各種原因,特別是分析了相電流換向所產生的紋波轉矩脈動。 其次,本文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析,建立了三相無刷直流電動機的數學模型。并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相無刷直流電動機的控制系統仿真模型。仿真模型采樣的是電機控制系統中常用的雙環系統(轉速—電流雙閉環控制)。為了提高系統的靜動態特性,轉速外環采用模糊PI調節器,電流內環采用PI調節器。轉子位置通過直流無刷電機感應電勢檢測,仿真結果表明了該仿真模型控制系統與理論分析完全吻合,從而證明了模型的有效性。 然后,初步設計了伺服系統的實驗圖。以TI公司生產的TMS320LF2407數字信號處理器(DSP)作為整個控制電路的核心芯片,一臺40w的直流無刷電機作為被控對象,完成了伺服系統的轉速控制。 最后,對未來的工作給予了展望,并對全文的內容進行了總結。
上傳時間: 2013-04-24
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本文對超聲波電機驅動控制系統進行了研究。全文主要內容如下:系統介紹了超聲波電機的特點、研究歷史和主要應用,概述了超聲波電機驅動控制技術的研究現狀。在介紹壓電陶瓷逆壓電效應與壓電振子諧振特性的基礎上,闡述了超聲波電機的運行機理及調速原理。介紹了環狀行波型超聲波電機的基本結構及工作原理。研制了基于DSP的超聲波電機驅動控制系統,為超聲波電機控制技術的研究提供了一個通用實驗平臺。通過光電編碼器檢測超聲波電機的速度,研制了利用速度反饋來進行頻率調整的頻率跟蹤控制器,實現了采用頻率P調節的超聲波電機速度穩定性控制。實現了大外徑(80mm)環狀行波型超聲波電機的高精度位置檢測。研制了基于DSP的超聲波電機位置控制系統,完成了采用相位差P控制方案進行精密定位控制的實驗研究。
上傳時間: 2013-05-21
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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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直驅永磁同步風力發電機去掉了風力發電系統中常見的齒輪箱,讓風力機直接拖動電機轉子運轉在低速狀態,這就沒有了齒輪箱所帶來的噪聲、故障率高和維護成本大等問題,提高了運行可靠性。它不同于電勵磁的凸極同步發電機,而是采用高磁能積的永磁材料作為磁極,就省去了勵磁繞組產生的損耗,使得電機的結構變得簡單,效率也隨之提高。 直驅永磁同步風力發電機運行轉速低,一般定子外徑都比較大。為了電機的運輸方便和良好的冷卻效果,本文選擇內轉子永磁同步發電機作為設計類型。首先提出了電機設計的目標,即在滿足電機設計要求的基礎上提高運行的可靠性和降低成本。然后根據等效磁路法編制了電磁計算程序,據此進行了電機的初始設計。然后使用有限元的方法分析了電機在各種運行狀態下的性能,最后設計了電機的通風系統并進行了通風計算。
上傳時間: 2013-07-06
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由于干式變壓器的優良性能以及在特種場合下對干式變壓器的應用需求,當前我國干式變壓器市場空間廣闊,競爭激烈。但是目前國內許多干式變壓器生產廠家仍然停留在手工設計計算階段,設計的效率低、周期長、人工成本高。干式變壓器原材料的上漲,也加大了廠家的制作成本。以研究、開發實用性干式變壓器CAD系統為目的,本文對該集成軟件的系統分析及相應的實現技術進行了詳細的研究。 首先,在總結干式變壓器手工設計方法的基礎上,借鑒變壓器的通用優化設計模型,結合干式變壓器的特點,建立了干式變壓器的優化設計模型。以鐵芯直徑、窗高、內線圈匝數、外線圈電流密度、內線圈電流密度為變量,采用改進遺傳算法對其進行干式變壓器單機優化設計。該算法將模擬退火思想引入到遺傳算法的選擇機制中,解決了傳統遺傳算法過早收斂的問題。其與傳統遺傳算法優化結果對比表明:新的算法收斂性較好,優化效果較明顯,算法是成功的。并根據Appelbaum序貫分解法的基本思想,通過“共同變量”和“非共同變量”將系列中兼容的各規格變壓器聯系起來,得到系列變壓器優化設計的統一數學模型,然后使用改進后的遺傳算法對中小型干式變壓器中套用同一個機座的系列優化問題進行了探討,并在此基礎上建立了干式變壓器系列優化的軟件優化設計流程。 其次,在軟件設計方面選用C++程序設計語言,采用Visual Basic進行界面編寫,且運用ActiveX技術實現了VB與AutoCAD軟件的連接。該設計不但能夠對干式變壓器進行優化設計,并且添加了CAD制圖功能。本文對數據庫支撐的干式變壓器CAD系統進行了系統設計和研究,詳細探討了該集成軟件的實現技術。 最后,在各項性能指標都滿足國家標準要求的情況下,以SC9-50/10型號和SCB9-1250/10型號的干式變壓器為例進行單機優化,變壓器有效成本分別降低了2.83﹪和1.79﹪;以系列號SC9-50/10四個規格變壓器為例進行系列優化,分別按照不同的權重來進行系列優化設計,優化方案1時,總成本下降了3.26﹪;優化方案2時,總成本下降了3.1﹪。可見,達到了預期效果,干式變壓器成本有效降低。
上傳時間: 2013-07-23
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風機的耗電量占全國總發電量的40﹪左右,是全國耗電最大的工業裝備,而且運行效率比國外低10﹪~30﹪。因此在風機(及水泵)上實行節能、節電、降耗是一個緊迫的任務,對緩解我國電能的供需矛盾、推進我國現代化建設、縮小我國和發達國家的差距具有非常現實和深遠的意義。 小型風機(1~10千瓦)特點是:單臺的耗電量很小,但是數量巨大,因此降低這些小型風機的耗電量同樣具有十分深遠的經濟意義。但在這一領域的節能研究一直未能得到充分重視。 本論文提出一種用于驅動小功率風機的永磁無刷直流電機,通過調速調節風量從而達到節能的目的。永磁無刷直流電機是近年隨著電力電子技術和永磁材料的進步而迅速發展起來的一種新型電機。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置,即克服了有刷直流電動機機械換向帶來的一系列缺點,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等諸多特點,因此在各個領域中得到了廣泛應用。 本論文從永磁材料、磁體結構、充磁方式、繞組分布、極弧系數等方面分析了風機外轉子永磁無刷直流電機的設計要求,給出永磁無刷直流電機結構、原理及一般設計要求;根據風機電機的驅動要求,設計制造外轉子風機用鐵氧體永磁無刷直流電機樣機;針對風機用電機驅動系統的調速及各種保護要求,基于降低成本的原則,設計制造永磁無刷直流電機的驅動系統。這一設計為基于專用集成芯片的小功率無刷直流電機的調速控制系統,并進行了試制、調試及試驗。實驗表明了系統具有簡單和優越的控制性能,適于小功率無刷直流電機的控制。 樣機實測數據表明外轉子永磁無刷直流電機用于驅動小功率風機具有良好的性能、較低的成本,具有進行產業化生產的優勢。
上傳時間: 2013-04-24
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自上世紀初以來,電力發電、輸配電系統都是三相系統。因此,大多數電機調速系統都是由三相電機與三相變頻器構成的。但是目前三相電機的地位已經受到一定的挑戰,一是在低壓大功率的傳動場合,二是在對系統可靠性要求很高的場合。而多相電機調速系統除了可以用低壓功率器件實現大功率等級外,具有多相冗余結構使調速系統的可靠性得以改善。因此,多相電機調速系統的研究受到日益廣泛的關注。 和常規的三相感應電機相比多相感應電機有著許多優點,例如多相感應電機在一相或多相定子繞組開路和短路時仍然可以起動或繼續運行,轉矩脈動小,轉子損耗小,運行性能好,可以在不提高相電壓的情況下增加電機的容量,比較適合應用于艦艇推進系統等方面。 本文在傳統的三相電機調速系統的基礎上,致力于研究多相電機調速系統,以多相感應電機為主要研究對象,進行了深入的研究,主要包括以下幾個方面: 1、對多相電機調速系統作了較為全面的綜述,介紹了多相電機調速系統的特點和國內外研究現狀。 2、研究了多相感應電機的基本結構。從電機的繞組連接方式入手,對多相感應電機進行了諧波分析,從理論上證明了多相電機相對于三相電機在減小諧波含量方面的優越性,同時探討了多相感應電機的數學模型。 3、在三相感應電機電磁設計程序的基礎上整理推導了多相感應電機的電磁設計程序,并用Visual C++編程語言開發了多相感應電機的電磁設計軟件。 4、對多相感應電機的電磁場進行了詳細的分析,運用電磁場有限元分析軟件Maxwell 2D對本論文中的樣機的瞬態磁場進行分析,分析結果同用VC所編寫的電磁設計程序的計算結果進行比較,驗證了所設計樣機數據的合理性。
上傳時間: 2013-07-30
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