在國內，目前工控領域廣泛用到的伺服系統(包括伺服電機和伺服驅動器)有整套購買國外某一個廠商的，也有自己開發電機，然后購買國外的伺服驅動器來配置伺服系統。前一種情況伺服電機與驅動器之間的整合程度是比較高，而后一種情況伺服電機的設計容易忽視與之配套的伺服驅動器的控制策略以及伺服驅動器的輸出電壓，輸出電流特點，很容易造成所設計的伺服電機不能充分發揮其性能以及材料的不合理利用。本文討論了作為伺服電機用的永磁同步電動機在整合伺服驅動器控制方式和輸出電壓、電流特性下的設計過程。 本文首先簡要介紹了永磁同步電動機作為伺服電機較其他類型的電機的優勢，接著以永磁同步電動機作為伺服電機，對給定指標要求的永磁同步電動機，在永磁體分別采用表面安裝和內置兩種轉子磁路結構時進行了場路結合的設計與分析，分析了在磁場定向控制方式下兩種轉子磁路結構的永磁同步電動機的工作特性、轉矩脈動等。得出了永磁體表面安裝轉子磁路結構的永磁同步電動機作為伺服電機時更適合磁場定向控制運行的結論。 此外，從已經成功設計了的永磁同步電動機出發，整合所設計的永磁同步電動機將要采用的驅動器其控制方式，并在一些有依據的假設前提下確定了電機的能量包函數(包括功率、轉速等一些額定指標)與一些主要尺寸函數表達式。初步得出了一種行之有效的、快速確定使用同一套定轉子沖片伺服電機尺寸的方法。 最后試制了樣機以及其在伺服驅動器下進行了實驗，并比較分析了實驗和理論分析的結果。
上傳時間： 2013-05-30
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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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本文提出了一種LED發光顯示牌的設計方案制作燈箱，其具有無燈絲光源、無逆變器能量消耗和系統直流供電等優點。LED發光顯示牌是LED在照明領域中的 一個重要應用，設計原理基于Notebook的液晶顯示器，是將點光源轉換成面光源的科技產品。為增強顯示牌的發光效果，在設計中還合理地應用到了光學級 PMMA導光板、反射膜和擴散膜等材料，并對它們的特性及其在系統中的作用進行了詳細的理論分析。同時在分析大量實驗數據的基礎上，證明了設計方案 的可行性。 系統中的太陽電池、蓄電池、負載LED的優化匹配也是一個值得研究的問題。本文從容量、功率匹配等方面對系統進行了優化設計。 太陽能發電和常規能源發電不同，它具有隨機不確定性。而這種時變性又增加了系統的不穩定性因素。本文根據課題的要求提出了一種應用于光伏照明 系統的充放電控制器的設計方案，較好地解決了系統中太陽電池輸出能量不穩定的缺陷，同時還對蓄電池和負載LED進行各種控制和保護。最后，給出了硬 件電路的設計和軟件算法，并提供了相關實驗數據和波形。
上傳時間： 2013-06-20
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感應電機雙饋調速系統是一種性能優越的電力拖動控制系統，它不僅降低了功率變換器的額定功率，而且能夠通過調節轉子電壓的幅值、相位和頻率來實現電機定子側功率因數的調節。由于系統控制方法的靈活性和多樣性，使得雙饋電機在工業傳動領域、風力發電以及抽水蓄能電站中擁有廣闊的應用前景。 本文主要對雙饋電機矢量控制系統進行了相關研究。首先，比較雙饋調速系統和傳統的異步電機變頻調速系統的異同點，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，并分析了它的穩態特性；接著，利用雙饋調速系統控制方法靈活多樣的特點，構建了一套交直交變換器勵磁的矢量調速系統，系統模型建立在以轉子磁鏈定向了同步旋轉的坐標軸系中，可以實現雙饋電機轉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穩定性，并建立了雙饋電機的開環電壓控制、開環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穩定性進行了深入研究；最后，綜合上述討論結果，設計了雙饋電機的控制系統硬件部分，并給出了部分軟件設計流程。
上傳時間： 2013-07-25
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超級電容器是一種介于電池和靜電電容之間的新型儲能元件，其功率密度比電池高數十倍，能量密度比靜電電容高數十倍。具有充放電速度快、對環境無污染、循環壽命長等優點，有希望成為21世紀的新型綠色能源。 設計了一個主回路以BUCK降壓電路為主，控制回路以單片機89C51為核心的超級電容器充放電測試系統，用于測試超級電容器充放電性能。本系統通過檢測超級電容器的端電壓、電流和溫度，并將采集到的信號由ADC0809轉換為數字信號，送入89C51分析處理后，再經DAC0832輸出，調節脈寬調制器TL494的電壓信號，調整PWM的輸出值，控制BUCK轉換電路中MOSFET功率開關的占空比，從而改變輸出直流電壓的大小，實現恒流控制。超級電容器充電方法采用分階段恒流充電，依照充電狀態的不同，適時調整充電電流大小，避免過充電造成超級電容器損害。在其控制方法和實現手段上，主要通過單片機的設定值與實測值的比較來控制電路的輸出，也可以通過模糊控制技術來實現，并用MATLAB進行了仿真實驗，仿真結果證明采用模糊控制能夠取得更好的效果。在整個系統的保護功能方面，采用了過壓、過流以及過熱等的保護方法，實現軟硬件對系統的保護。 利用本測試系統可以對超級電容器進行恒電流充放電，其充放電曲線基本上呈現線性。模糊控制能針對電容器充電狀態的不同，適時給予不同的充電電流，不至于發生大電流過充造成超級電容器受損的情況，確保使用壽命。 解決了系統的電磁兼容，從而能夠保證系統能夠安全可靠地工作。在電路裝置硬件電路、軟件以及印制電路板設計中所采取了一些抗干擾措施，可以有效地預防一些干擾帶來的誤差，提高了系統的可靠性和穩定性。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題是國家自然科學基金重點資助項目“微型燃氣輪機一高速發電機分布式發電與能量轉換系統研究”(50437010)的部分研究內容。高速電機的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機領域的研究熱點之一。高速電機的主要特點有兩個：一是轉子的高速旋轉，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機的高速電機特有的關鍵技術。本文針對高速永磁電機的機械與電磁特性及其關鍵技術進行了深入地研究，主要包括以下內容： 首先，進行了高速永磁電機轉子的結構設計與強度分析。根據永磁體抗壓強度遠大于抗拉強度的特點，提出了一種采用整體永磁體外加非導磁高強度合金鋼護套的新型轉子結構。永磁體與護套之間采用過盈配合，用護套對永磁體施加的靜態預壓力抵消高速旋轉離心力產生的拉應力，使永磁體高速旋轉時仍承受一定的壓應力，從而保證永磁轉子的安全運行。基于彈性力學厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉子應力計算模型，確定了護套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護套中的應力分布。該種轉子結構和強度計算方法已應用于高速永磁電機的樣機設計。 其次，進行了高速永磁轉子的剛度分析和磁力軸承—轉子系統的臨界轉速計算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態偏置磁通密度計算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機轉子結構離散化的基礎上建立了磁力軸承—轉子系統的動力學方程，采用有限元法計算了高速永磁電機轉子的臨界轉速。利用該計算方法設計的1臺采用磁力軸承的高速電機，已成功實現60000r/min的運行。 再次，進行了高速永磁電機的定子設計，提出了一種新型環形繞組結構。環型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個槽中，不但增加了定子表面的通風散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統2極電機繞組端部軸向過長的難題，使轉子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機轉子系統的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實驗相結合的方法，分析計算了高速永磁電機的損耗和溫升，并對高速永磁發電機的電磁特性進行了仿真。高速電機的優點是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準確計算對高速電機的安全運行至關重要。為了準確計算高速電機的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進行了不同頻率和不同軋制方向的導磁性能和損耗系數測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機的定子鐵耗和銅耗、轉子護套和永磁體內的高頻附加損耗以及轉子表面的風磨損耗。在損耗分析的基礎上，計算了高速電機的溫升。最后，設計制造了一臺額定轉速為60000r/min的高速永磁電機試驗樣機，并進行了初步的試驗研究。測量了電機在不同轉速下空載運行時的定、轉子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結果的對比，部分驗證了高速永磁電機理論分析和設計方法的正確性。在此基礎上，提出一種高速永磁電機的改進設計方案，為進一步的研究工作打下了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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本文利用Maxwell 3D軟件對交流接觸器的電磁機構的靜態、動態特性進行分析與仿真。Maxwell 3D是美國的Ansoft公司開發的專門用于三維電磁場仿真的軟件。本文主要以CJ20-25交流接觸器的電磁機構為例，對不同激勵下交流接觸器電磁機構的靜態特性進行分析；編寫電磁機構動態仿真程序，對其進行動態仿真，并進一步分析其動態特性；同時對電磁機構的設計參數對交流接觸器特性的影響進行了分析。主要為以下幾個方面: 首先，利用Maxwell 3D軟件建立交流接觸器電磁機構的三維有限元模型，對模型進行有限元分析，計算不同電流和氣隙下的靜態吸力，仿真電磁機構的靜態特性。繪制出交流接觸器的靜態電磁場分布及吸力特性。 其次，用Visual C++編程語言編制程序，仿真交流接觸器電磁機構運動過程。 再次，對交流接觸器電磁機構進行瞬態分析。得出CJ20-25型交流接觸器動態電流、吸力特性，并對動鐵心末速度、靜鐵心迎擊距離、動態吸力與反力特性的匹配、總動能和碰撞損失能量與合閘相角的關系特性進行了具體分析。同時，將迎擊式與非迎擊的兩種類型的交流接觸器的動態特性作了比較。 最后，利用Maxwell 3D軟件分析接觸器各個設計參數對交流接觸器電磁機構靜態吸力、動態特性的影響。 經過以上各方面的分析可知：采用Maxwell 3D軟件的強大的電磁場有限元分析功能進行電磁機構的靜態及動態特性的分析與仿真，模擬真實的工作環境，可以在樣機制作前，精確掌握電器產品的性能，減少樣機制作，降低試驗費用，加快產品開發周期，提高產品性能指標，具有實際意義。
上傳時間： 2013-07-15
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本文研究的電磁阻尼器是一種特殊結構的空心杯發電機，它主要用于對能量的吸收和耗散，達到減振消能的目的，是具有很高單位耗能的能量吸收元件。電磁阻尼器的應用十分廣泛，已涉及航天、航空、電力等諸多領域，有著廣闊的市場前景。 采用電磁場分析軟件建立了電磁阻尼器的仿真模型，仿真分析了電磁阻尼器阻尼力矩與定子、轉子結構參數的關系。 介紹了常規空心杯電機與電磁阻尼器的結構、發展和應用，基于Ansoft公司的電磁場分析軟件Maxwell 2D學生版軟件建立了電磁阻尼器靜磁場的二維仿真模型，分別對不同充磁方向、極弧系數、磁極對數的氣隙磁密分布進行了靜態仿真分析，得出了相應結論。在此基礎上，運用Infolytica公司的電磁場分析軟件MagNet對電磁阻尼器的二維穩態磁場進行了仿真，研究了如下內容： (1)定子磁路結構中的磁鋼材料、磁鋼充磁方向、定子磁極對數的改變對力矩特性的影響； (2) 轉子結構參數中的轉子長度、轉子材料、轉子厚度、轉子平均直徑、轉子轉向的改變對力矩特性的影響。根據所得的阻尼力矩仿真數據，基于Excel軟件的曲線擬合和Matlab軟件對擬合曲線進行的數值分析，求得了力矩特性斜率與上述參數的關系式。此關系式為探索電磁阻尼器的工程設計方法提供了一定理論依據，具有重要的工程應用價值。 最后，將仿真計算得到的阻尼力矩值與實驗測得的阻尼力矩值進行了對比，分析了誤差產生的原因。
上傳時間： 2013-04-24
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隨國民經濟的飛速發展，用電量的日益增加，電網的經濟運行已是一個不可忽視的問題。因此，如何降低網損，提高電力系統的輸電效率，保證電力系統的經濟運行是電力系統面臨的實際問題，也是電力系統研究的主要方向之一。 電力系統在運行過程中，由于感性負載的存在，使電網無功功率大量增加。另外，近些年來，國民經濟各部門大力推廣使用各種新型的電力電子整流裝置，他們在減少能量耗損的同時，也帶來了功率因數下降、電壓波動、閃變、三相不平衡以及諧波干擾等問題。其最終結果都是使配電設備的使用效能得不到充分發揮，設備的附加功耗增加。因此，進行有效的無功功率補償，提高功率因數是電網及電力系統安全經濟運行的重要保證。毫無疑問，無功功率補償的研究勢在必行。 我國與世界上發達國家相比，無論從電網功率因數還是補償深度來看，都有較大差距，因此在我國大力推廣無功補償技術尤為迫切。 對于實際應用的MCR，要求能夠自動控制。本文采用以單片機為核心的控制器方案，包括檢測電路、控制電路、觸發電路、鍵盤顯示電路和通信電路等。檢測電路用于檢測變壓器二次側的電壓和電流并獲耿同步信號；控制電路根據相應的控制策略，對檢測信號和給定輸入量進行計算，給出控制信號；觸發電路根據控制信號輸出的控制信號產生相應觸發角的晶閘管觸發脈沖；鍵盤可用來輸入各種控制指令，顯示電路可以直觀的輸出系統的各種狀態；通信電路提供與控制站的數據交換，以便實現電力系統的集中控制。 文中對補償器模型進行了實驗驗證，實驗結果與文中分析一致，說明了本文補償理論的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-06-22
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風能是可再生能源，世界各國越來越重視風能的開發和利用。國內外學者也開始研究高效率永磁電機在風力發電上的應用。在山東省科技廳資助下，本文研究了一種新型結構的雙轉子永磁發電機，其高運行效率和特殊的電機結構，使其在小型風力發電系統中存在著巨大優勢。本文主要研究的內容如下： 第一部分首先給出了雙轉子永磁電機的基本結構、等效磁路、工作原理，然后對雙轉子永磁電機電樞反應電感參數進行計算。 第二部分對雙轉子永磁電機的空載感應電勢進行解析計算和有限元分析驗證。首先通過引入相對比磁導函數，給出了雙轉子永磁電機考慮齒槽效應時定子表面的磁場分布，并給出了相應的波形。然后采用矢量合成法推導了空載感應電勢的表達式，為了驗證空載電勢解析法的正確性，本文采用有限元法對其分析計算。通過比較得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，針對雙轉子電機的特殊結構，提出了三種改善電勢波形的方法，并利用解析法對其進行分析，證明了這幾種措施的可行性。 第三部分針對halbach磁體電機在風力發電系統中的潛在優勢，主要研究了halbach磁體結構雙轉子電機的電勢和齒槽轉矩。首先給出了halbach陣列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁體結構雙轉子電機的磁場分布及空載電勢波形，并對其進行了諧波分析。最后利用能量的虛位移法推導了雙轉子電機的齒槽轉矩，對于halbach磁體雙轉子電機，提出了三種減小轉矩脈動的方法，并通過有限元分析進行了比較，證明了這幾種措施的可行性。 第四部分對雙轉子電機的設計進行了分析，提出了先分別設計內外電機再統一調整的設計方法，最后設計制作了樣機，給出了樣機圖片。并對樣機進行試驗，測量不同轉速下電機的空載電勢波形，電機的電勢-轉速曲線，電機的負載電壓-電流特性曲線，并測量了電樞反應電感數值，通過對比可以得出：試驗值、解析值和有限元值吻合很好。
上傳時間： 2013-08-04
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