隨著電力電子技術的發(fā)展，高速永磁無刷直流電機應用前景越來越廣闊，有較大的研究價值，對其電磁性能進行準確的分析和設計具有重要的經(jīng)濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機，尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優(yōu)化設計、控制系統(tǒng)和樣機制造和實驗等做了大量的工作： 對電機的磁路進行分析設計：從磁路結構入手，分析了定子鐵芯、轉子鐵芯和永磁體的各種結構優(yōu)劣及其選型、選材的根據(jù)；講述了場路結合的分析計算方法；給出了極數(shù)、槽數(shù)、繞組、轉子參數(shù)、定子參數(shù)和軸承的參數(shù)確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析：從電機磁場分析入手，根據(jù)齒磁通分析計算了電樞繞組的感應電動勢；根據(jù)此電動勢的波形，推導了三相六狀態(tài)控制時，電動勢的電路計算模型，重點推導了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型，指出換相前電流波形出現(xiàn)尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機性能的影響；給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內的損耗尤其是鐵耗較大，根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)來計算鐵耗的傳統(tǒng)方法已顯得力不從心，如何準確計算高速永磁無刷直流電機內的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題，本文根據(jù)Bertotti鐵耗分立計算模型，進一步推導了考慮電機內旋轉磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型，其各項損耗系數(shù)是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數(shù)據(jù)通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試，表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內損耗的增大，溫升也是一個重要問題，為了了解電機內的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網(wǎng)絡法永磁無刷直流電機的溫升計算模型，并對電機進行了溫升計算，計算結果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法，建立了優(yōu)化設計的數(shù)學模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優(yōu)化，給出了優(yōu)化算例，并做出樣機，通過對優(yōu)化前后的方案做出樣機并進行比較實驗，優(yōu)化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)中的幾個關鍵問題進行了研究：位置檢測技術、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統(tǒng)換相角問題，它們都對電機的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機中的安裝應用；功率管壓降對起動電流、功率的影響問題；控制系統(tǒng)提前或滯后換相對電機電流，輸出性能的影響，提出適當提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究，主要包括高速永磁無刷直流電機、內置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構了對樣機進行發(fā)電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺，通過在測試時使用假轉子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗，實驗測量結果和計算結果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機的設計理論和分析方法，并通過樣機的制造和實驗，進一步的驗證了這些理論和方法的準確性，這對永磁無刷直流電機的設計和應用有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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電機直接啟動時產(chǎn)生幾倍于額定電流的沖擊電流，不僅對電網(wǎng)造成不良影響，而且嚴重的影響電機的使用壽命。為了改善電機的啟動特性，在電機領域采用由晶閘管控制的電機軟啟動器，基于電機軟啟動器的優(yōu)良特性，本文提出了一種基于高速數(shù)字處理器TMS320LF2407A的高性能的異步電動機軟起動器。 異步電機在輕載運行時，功率損耗增大，功率因數(shù)和效率都大大降低，造成了大量電能的浪費。本文從理論上分析了影響損耗的各種因素，提出了降壓節(jié)能方案，然后進行了相關實驗驗證方案效果。 本文利用MATLAB搭建了軟起動器系統(tǒng)的仿真模型，對軟起動的控制方式進行了仿真研究。仿真結果表明該軟起動器系統(tǒng)可以有效地減小異步電動機起動時對電網(wǎng)的沖擊。本文同時也闡述了晶閘管調壓電路及軟起動器主電路的工作原理、軟起動器的硬件結構和功能以及軟件設計。 利用TMS320LF2407A和89S52組成的雙CPU系統(tǒng)，研制了性能優(yōu)良、操作簡易、界面清晰的三相異步電動機軟啟動器，本文給出了系統(tǒng)的硬件結構、軟件設計思想和相關的實驗曲線。實驗證明，系統(tǒng)具有良好的控制特性。
上傳時間： 2013-06-24
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電動油泵在國外高中檔汽車中已有廣泛應用，在國內，一些國產(chǎn)汽車也開始使用電動燃油泵，目前油泵電機普遍采用有刷直流電機，從而帶來壽命短、可靠性低、EMC性能差等不利影響。本論文基于實際需要，采用Magneforce/BIDC軟件，設計了一臺無刷直流電機油泵電機代替原有有刷直流電機，以期改善原有電動油泵的運行性能，提高可靠性，延長使用壽命。文中給出了兩種滿足性能指標的方案，并對它們的工作特性及額定運行性能作了比較。并就其中一種方案(四極六槽結構)研究了磁鋼極弧寬度、超前導通角對電機性能的影響，以及一系列設計參數(shù)對定位轉矩的影響。之后，論文采用了ANSOFT/MAXWELL軟件對樣機進行了磁場分析，得出了樣機在一個電周期內空載和負載時的磁場分布規(guī)律。另外論文采用了ANSYS軟件，分析了樣機的溫度場分布。 為了進一步分析無刷直流油泵電機的可靠性，論文建立了帶霍爾位置傳感器的無刷直流電機的Simulink仿真模型，并利用該仿真模型對無刷直流電機所可能發(fā)生的故障進行了仿真研究。仿真了無刷直流電機常見的包括電機本體、逆變器及位置傳感器在內的三類故障運行情況，在理論上對各個故障仿真結果進行了詳細分析，并在樣機上實驗驗證了仿真結果，這對進一步提高無刷直流電機的故障診斷水平及提高電機的可靠性具有重要的指導意義。 論文還根據(jù)樣機的性能參數(shù)及實際應用的需要，研制了一臺基于ML4425的無刷直流電機無位置傳感器控制器。實驗證明，該無位置傳感器控制無刷直流油泵電機可以取代原有的有刷電機，滿足實際應用的需要。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著無刷直流電機在工業(yè)控制和家用電器等領域中的應用越來越廣泛，其傳統(tǒng)的帶位置傳感器無刷直流電機控制呈現(xiàn)出越來越多的局限性，由此，無位置傳感器控制便應運而生，特別是“反電勢”法無位置傳感器控制逐漸受到了人們的青睞，并成為無刷直流電機控制系統(tǒng)的研究熱點及發(fā)展主流。 論文在詳細介紹了無刷直流電機的運行原理及數(shù)學模型的基礎上，對反電勢過零檢測法無位置傳感器控制的原理以及過零檢測電路的設計進行了詳細的分析和研究。由于在零速或低速時電機反電勢為零或很小，基于反電勢的控制方法都需要特殊的起動技術，本文在分析常有起動方法的優(yōu)缺點的基礎上，提出了一種新的起動方法一轉子位置閉環(huán)起動法，該起動方法包括轉子零初始位置檢測、轉子位置閉環(huán)加速以及切換至反電勢法運行三個步驟，并通過仿真和實驗證明，與傳統(tǒng)的三段式起動方法相比，該起動方法具有更優(yōu)良的起動性能。同時，本文還對反電勢法無位置傳感器控制的檢測誤差及干擾影響進行了系統(tǒng)的理論分析，并提出了相應的誤差補償及干擾抑制措施。 最后，確立了以MC56F805為核心的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，搭建了相應的硬件實驗平臺。在Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境下完成了整個無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)的軟件設計。實驗證明，所研制的試驗軟硬件平臺能很好地完成無刷直流電機無位置傳感器控制功能，控制系統(tǒng)結構簡單、響應快速、可靠性高。
上傳時間： 2013-07-21
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在永磁無刷直流電機中，即使電樞繞組不通電，由于水磁體產(chǎn)生的磁場同定子鐵芯的齒槽相互作用而產(chǎn)生轉矩，即齒槽定位力矩。定位力矩使電機輸出轉矩波動，產(chǎn)生振動和噪聲。影響齒槽轉矩的因素很多，如齒槽的數(shù)量、齒槽形狀、斜槽角度、磁鋼的極弧系數(shù)以及輔助凹槽等等，因此，準確計算定位力矩較為復雜。本文利用麥克斯韋張量法來分析定位力矩，為電機設計提供理論參考。文中闡述了齒槽力矩產(chǎn)生機理，綜述了抑制齒槽轉矩的方法，探討了抑制齒槽轉矩的發(fā)展趨勢。 本文以永磁無刷直流電機為對象，利用Ansoft有限元仿真軟件，通過有限元分析對改變槽口寬度、定子斜槽、改變極弧系數(shù)和定子沖片增加輔助凹槽對定位力矩的影響進行了研究。深入分析了沖片輔助凹槽對抑制永磁無刷直流電機定位力矩的作用，因為沖片面加輔助凹槽的方法，生產(chǎn)中便于加工，對電機性能影響很小。結果表明，同一沖片上在對稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對稱地加兩個輔助凹槽時，輔助凹槽角度不同作用不同。對不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。 最后對這幾種抑制定位力矩的方法進行優(yōu)化組合，找出了一個最優(yōu)的抑制永磁無刷直流電機定位力矩的方案。
上傳時間： 2013-06-18
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隨著焊接技術、控制技術以及計算機信息技術的發(fā)展，對于數(shù)字化焊機系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為熱點，本文開展了對數(shù)字化IGBT逆變焊機控制系統(tǒng)的研究工作，設計了數(shù)字化逆變焊機的主電路和控制系統(tǒng)的硬件部分。 本文首先介紹了“數(shù)字化焊機”的概念，分析了數(shù)字化焊機較傳統(tǒng)的焊機的優(yōu)勢，然后結合當前數(shù)字化焊機的國內外發(fā)展形勢，針對數(shù)字信號處理技術的特點，闡明了進行本課題研究的必要性和研究內容。文章隨后列出了整個數(shù)字化逆變焊機的設計思路和方案，簡要介紹了數(shù)字信號處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點，較為詳細地解釋了以DSP為核心的控制系統(tǒng)設計過程。根據(jù)弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號。 逆變焊機的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結構(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡略介紹了主電路的設計要點及元件的選型和參數(shù)的計算，并對所設計的主電路進行了Matlab計算機仿真研究。 在控制系統(tǒng)的設計中，采用TI(美國德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點，為弧焊逆變器控制系統(tǒng)真正實現(xiàn)數(shù)字化提供了條件。在DSP最小系統(tǒng)、電壓電流采樣調理模塊、保護模塊、鍵盤與顯示模塊等主要模塊的作用下對整個焊接電源進行了實時的閉環(huán)控制與焊接過程的實時監(jiān)控。控制電路采用脈寬調制方式(PWM)進行輸出控制，即：控制IGBT的導通時間來實現(xiàn)焊機輸出功率與輸出特性的控制。設計了專門的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經(jīng)過“分頻電路”分成兩路后，再經(jīng)IGBT專用驅動模塊M57959L，進行功率放大后，觸發(fā)IGBT。DSP對輸出電流和電弧電壓進行實時采樣，采用離散的PI控制算法計算后，輸出相應的控制量來實時調節(jié)IGBT驅動脈沖的脈寬，進而調制輸出電流，達到控制焊機輸出的目的。 經(jīng)過實驗，得到了相應的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門極驅動的實驗波形，該控制系統(tǒng)基本符合逆變焊機的工作要求。 最后，在對本文做簡要總結的基礎上，對于本逆變焊機的進一步完善工作提出了建議，為數(shù)字化焊機控制系統(tǒng)今后更加深入的研究奠定了良好的基礎。
上傳時間： 2013-08-01
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超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發(fā)展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現(xiàn)等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現(xiàn)狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發(fā)展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--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定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據(jù)對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數(shù)讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態(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。 對電機的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節(jié)量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節(jié)方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數(shù)據(jù)的總結和歸納,利用系統(tǒng)辨識中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識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)進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數(shù)的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規(guī)PI恒轉速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進行了研究；利用神經(jīng)元的在線自學習能力,研究和設計單神經(jīng)元PID-PI轉速控制器,提高控制系統(tǒng)對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節(jié)量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(huán)(串級)控制器,實現(xiàn)了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統(tǒng)的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統(tǒng)中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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礦井高壓電網(wǎng)多以6KV 供電為主，高壓防爆開關成為了井下供電系統(tǒng)的最為關鍵的設備之一。近年來，由于煤礦開采中因電氣保護失控而引發(fā)事故的增長，國家對井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來越高，因而采用現(xiàn)代化新技術對礦井下高壓控制設備進行技術改造和創(chuàng)新被提到了一個重要的高度。隨著微機技術的應用與發(fā)展，以單片機為核心的高壓開關智能綜合保護技術，能夠較好地完成對多路信號進行處理，增強和增加了保護的功能，其應用對于提高供電質量、保證人身安全、完善電網(wǎng)保護都具有很重要的現(xiàn)實意義。本文設計了一個雙CPU 的保護控制系統(tǒng)，雙CPU 結構就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強型51 單片機STC89C58RD+進行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護功能，后者作為主CPU 完成參數(shù)的整定、顯示、數(shù)據(jù)下放以及PROFIBUS 通訊擴展。既能充分利用DSP 的高速數(shù)據(jù)處理性能，提高保護動作特性； 同時，在不影響數(shù)據(jù)處理的情況下又擴展了人機界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)的主要故障的電氣特征，并有針對性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護、相敏短路保護和絕緣監(jiān)視保護，然后分析了采樣原理和算法，確定了同步交流采樣和全波傅立葉算法相結合的采樣計算方法。此外，針對系統(tǒng)可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進行了抗干擾設計。最后通過試驗數(shù)據(jù)驗證了系統(tǒng)對線路故障具有可靠的動作特性。 該保護控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、動作可靠，簡單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來了極大方便，實現(xiàn)了檢測、保護、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關立項項目“礦用高壓隔爆開關智能控制系統(tǒng)的開發(fā)”來進行地研究。
標簽： 開關 保護 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-11
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勵磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機及電力系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。 基于此，利用仿真的方式對勵磁控制系統(tǒng)進行了研究并給出了相關結論，同時提出了一些新的控制算法，并建立了一個勵磁控制系統(tǒng)仿真平臺。 首先，從同步電機和勵磁系統(tǒng)的模型入手，根據(jù)研究需要修改了同步電機的仿真模型，詳細地介紹了檢測單元、控制單元和勵磁系統(tǒng)主回路模型，在總結普通PID調節(jié)方式不足的基礎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磁系統(tǒng)下，對普通PID、非線性PID和模糊自適應PID三種控制方式在階躍響應和突變負載的情況下進行仿真，對輸出的機端電壓進行分析并得出相關結論。 除了對通用的勵磁控制算法進行仿真分析外，提出了一種基于同步電機本身的勵磁控制算法，這種控制方式是對勵磁電流進行閉環(huán)控制，并輔以非線性的PID控制進行進行精度調節(jié)。針對這種方式，提出了兩種實現(xiàn)方案。同樣在有刷和無刷勵磁系統(tǒng)下進行階躍響應和突變負載的仿真分析研究。仿真測試表明，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，鑒于勵磁控制系統(tǒng)仿真的重復性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵磁控制仿真平臺，借助此平臺對SIMULINK模型操作，可以方便地實現(xiàn)對參數(shù)的設置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關的輔助操作等等，可以極大地簡化仿真的操作過程，提高仿真的效率。另外，此平臺的實現(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。
上傳時間： 2013-04-24
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帶整流負載的同步發(fā)電機在一些需要高品質直流電源的場所，如艦船電力推進、郵電通訊、飛機等電源系統(tǒng)得到了廣泛應用，并且受到了許多學者的關注，其研究領域主要涉及數(shù)字仿真、數(shù)學模型、穩(wěn)態(tài)分析以及運行穩(wěn)定性等方面。 本文對MATLAB/Simulink中的電機模型進行了深入的研究。針對MATTAB中電機仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機定、轉子分解的狀態(tài)方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機仿真模型并進行了封裝，為進行帶整流橋負載同步電機系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎。 對帶整流橋負載同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行特性進行了分析，采用定、轉子分解模型建立了整流系統(tǒng)仿真模型。證明了在假定轉子磁鏈守恒，即忽略轉子電阻影響的條件下，定、轉子分解模型很容易轉變?yōu)閹鄬ΨQ非線性負載的同步電機穩(wěn)態(tài)分析模型。介紹了根據(jù)這一模型推導出的解析計算公式，給出了計算方法和步驟，并編寫了計算程序，便于工程上直接使用。與仿真結果的對比驗證了該解析計算的正確性。同時，仿真證實了忽略轉子電阻影響會給計算結果帶來一定的誤差，但是，在轉子電阻正常值范圍內，忽略其影響是允許的。 對帶有反電動勢負載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計算量大、計算時間長的問題，利用同步電機換相計算的穩(wěn)態(tài)公式，對同步電機分解模型的定子部分和整流橋部分進行了簡化處理，得到了同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析簡化模型。通過兩種模型的仿真計算，證實了該簡化模型與非簡化模型的仿真結果相當一致。這樣既解決了帶有反電動勢負載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計算的計算速度問題，也證明了換相過程及其產(chǎn)生的諧波對系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。
上傳時間： 2013-06-19
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