論文分析了混合式步進電動機的工作原理和運行特性。采用簡化的磁網(wǎng)絡模型，推導了建立二相混合式步進電機數(shù)學模型的關系式。并對步進電機的多種驅(qū)動技術(shù)進行了詳細的研究，著重分析和論述了正弦脈寬調(diào)制細分驅(qū)動技術(shù)。文中對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件電路設計及驅(qū)動軟件編程進行了研究和實現(xiàn)，并給出了系統(tǒng)性能實驗結(jié)果。 步進電機的使用離不開步進電機驅(qū)動器，驅(qū)動器的優(yōu)劣影響著步進電機的運行性能。傳統(tǒng)的驅(qū)動方式側(cè)重于使步進電機繞組電流以盡可能短的時間上升到額定值，以提高電機高速運行時的轉(zhuǎn)矩，一般步距角較大，且造成低速運行時的振動和噪聲加大。針對此問題，開發(fā)出一種新型的基于單片機的多細分二相混合式步進電機驅(qū)動器。該驅(qū)動器以二相混合式步進電動機的靜態(tài)和動態(tài)運行特性為出發(fā)點，主要分為數(shù)字控制部分、GAL片邏輯綜合信號處理單元、SG3525恒流控制電路、驅(qū)動功放電路、過流保護及反饋電路和系統(tǒng)供電電源模塊等。采用專用集成芯片和可編程邏輯器件，以8位單片機AT89C51為控制核心，實現(xiàn)恒流控制、正／反轉(zhuǎn)運行、過流保護和多檔位細分等功能。在器件選型和軟、硬件設計方面兼顧了性能與成本等因素，性價比較高且通用性強。 該驅(qū)動器樣機已完成制作并進行了聯(lián)調(diào)測試，文中給出了測試結(jié)果并對所測波形進行了分析。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)硬件和軟件設計合理可行，各項技術(shù)指標均達到了設計要求。它與混合式步進電動機配套可以明顯地改善步進電動機的運行性能，拓寬其應用領域。
上傳時間： 2013-06-07
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勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，對同步發(fā)電機乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式日趨復雜，對同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和靈活性提出了更高的要求。本文根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)器的國內(nèi)外發(fā)展趨勢，研究開發(fā)了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發(fā)電機DSP勵磁調(diào)節(jié)器。 本文首先介紹了數(shù)字勵磁的發(fā)展歷程、特點及應用范圍，然后介紹了同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展狀況及趨勢，提出了基于數(shù)字信號處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設計方案。 在詳細解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎上，提出了勵磁系統(tǒng)的主要硬件設計及軟件實現(xiàn)方法；完成了IGBT勵磁裝置主回路和 IGBT 保護及驅(qū)動單元的設計；進行調(diào)節(jié)器硬件設計，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設和高速的實時處理能力，用單片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)保護等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵磁控制器的硬件結(jié)構(gòu)，提高了勵磁系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗證所設計的勵磁調(diào)節(jié)器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺，設計了勵磁控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的仿真模型。仿真結(jié)果表明，采用 TMS320F2812的同步發(fā)電機IGBT勵磁系統(tǒng)具有響應快速、調(diào)節(jié)靈敏、控制性能優(yōu)良等特點。
上傳時間： 2013-07-29
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高中壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關設備，用高中壓斷路器保護電力系統(tǒng)至今已經(jīng)歷了一段漫長歷史。從最初的油斷路器發(fā)展到壓縮空氣斷路器，再到目前作為無油化開關的真空斷路器和SF6斷路器。其中真空斷路器以其小型化和高可靠性等優(yōu)點，已在高中壓領域得到愈來愈廣泛的應用。作為真空斷路器的核心部件，真空滅弧室的研究和開發(fā)顯得尤為重要。 真空滅弧室的小型化是國外關注的問題，我國很多相關的研究所和高等院校都曾作過不少研制工作，研究的方向是采用各種縱向磁場結(jié)構(gòu)電極的真空滅弧室和尋求新的觸頭材料。由于縱向磁場結(jié)構(gòu)的電極開斷能力強，在額定短路開斷電流、設計裕度和工藝水平相同的情況下，縱向磁場的電極比橫向磁場的電極小得多。因此，采用縱向磁場結(jié)構(gòu)電極的真空滅弧室可以縮小整體尺寸。 本設計從真空滅弧室的具體模型出發(fā)，應用ANSYS8.1的電磁場分析軟件，對600A的真空滅弧室觸頭間的縱磁場進行計算與分析，可得到接近實際的動、靜觸頭電流流向矢量分布圖，線圈磁感應強度與線圈幾何尺寸的關系，觸頭開距對磁場分布的影響及電弧在不同位置時的受力分析等。由不同線圈截面積與縱磁磁場強度的關系分布，可得出在分斷電流不變的情況下，線圈愈小磁場強度愈強。由觸頭開距與磁場強度的關系，可見觸頭間距越小，兩觸頭間越能獲得較大的磁感應強度。對真空滅弧室極問磁場分布以及電弧在觸頭上不同位置受力進行分析，結(jié)果表明隨著磁感應強度變小，電弧受力也相對的變小。 通過ANSYS仿真分析，為真空斷路器滅弧室的設計提供了比較準確的數(shù)據(jù)資料。進而使產(chǎn)品的設計、開發(fā)建立在較為科學的基礎上，為產(chǎn)品實際研制提供理論依據(jù)。
上傳時間： 2013-06-20
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準確計算電機鐵耗一直是困擾電機設計者的一個難題。傳統(tǒng)方法是假設電機內(nèi)部磁場僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測量的數(shù)據(jù)，計算電機齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計算值與實測值之間的誤差通過經(jīng)驗系數(shù)來修正。這種方法對于已經(jīng)長期制造和使用的電機而言勉強適用，對于近年來發(fā)展很快的永磁電機、高速電機和其他新結(jié)構(gòu)電機，由于缺乏合適的經(jīng)驗系數(shù)，導致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經(jīng)證明電機的鐵耗有相當一部分是由旋轉(zhuǎn)磁化導致的，因此顧及旋轉(zhuǎn)磁化的電機鐵耗計算模型是本文的一個重要內(nèi)容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉(zhuǎn)磁化方式下的計算和測量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計算系數(shù)。本文提出并實現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛潑斯坦方圈測試系統(tǒng)，它可以測量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測試系統(tǒng)中對硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進行了測量。結(jié)果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉(zhuǎn)磁化下的損耗要比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機鐵耗計算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數(shù)，但又能顧及到旋轉(zhuǎn)磁化帶來的影響。通過實際電機的計算和測試，表明軌跡法的計算結(jié)果在未經(jīng)任何系數(shù)修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復雜結(jié)構(gòu)電機等特點。為了探索這種材料在高頻領域中的應用和驗證本文提出的鐵耗計算模型，本文成功地設計和制造了一臺采用軟磁復合材料的爪極式永磁電機，由于結(jié)構(gòu)復雜，本文通過三維有限元分析，對該電機的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計算提出了計算方法。對該種電機的熱分析，本文提出了熱網(wǎng)絡法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過映射剖分法，使磁場和熱場模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計算得到的各單元鐵耗直接耦合進熱場進行計算，得到了電機準確的溫度分布。本文還進行了高速電機轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長度和軸承位置，使轉(zhuǎn)子的自然共振頻率遠離電機的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測試平臺對樣機進行了發(fā)電機狀態(tài)測試，并通過假轉(zhuǎn)子法測量了電機鐵耗，實驗結(jié)果證明了本文所用方法的可行性，得到的結(jié)論對軟磁復合材料的應用及爪極式電機的設計與分析都具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)以及新的電機控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速性能日益提高。變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使交流調(diào)速系統(tǒng)有取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。但是國民經(jīng)濟的快速發(fā)展要求交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有更高的調(diào)速精度、更大的調(diào)速范圍和更快的響應速度，一般的通用變頻器已經(jīng)不能滿足工業(yè)應用的需求，而交流電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)能夠很好的滿足這個要求。矢量控制(Field Oriented Control)，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電機電磁轉(zhuǎn)矩的快速控制，本文對三相交流異步電機的矢量控制系統(tǒng)進行了研究和分析，以高性能數(shù)字信號處理器為硬件平臺設計了基于DSP的三相交流異步電機的矢量控制系統(tǒng)，并分析了逆變器死區(qū)效應的產(chǎn)生，實現(xiàn)了逆變器死區(qū)的補償。 本文介紹了交流調(diào)速及其相關技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速的方案以及國內(nèi)外對矢量控制的研究狀況。以三相交流異步電機在三相靜止坐標系下的數(shù)學模型為基礎，通過Clarke變換和Parke變換得到三相交流異步電機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，并利用轉(zhuǎn)子磁場定向的方法，對該模型進行分析，設計了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，以實現(xiàn)交流電機電流量的有效解耦，得到定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量。仿照直流電機的控制方法，設計了矢量控制算法的電流與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。設計了以TMS320LF2407A為主控制器的硬件平臺，在此基礎上實現(xiàn)了矢量控制算法，論述了電壓空間矢量調(diào)制(SVPWM)的原理和方法，并對其進行了改進。最后對逆變器的死區(qū)進行了補償。 實驗表明基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制(FOC)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，電流解耦方便，動態(tài)性能好，精度較高，能夠基本滿足現(xiàn)代交流電機控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和速度要求。
上傳時間： 2013-05-24
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近年來，隨著人們生活的改善，機動車輛得到迅速發(fā)展，其排放的尾氣己造成城市空氣嚴重污染，一些城市相繼制定法規(guī)限制摩托車和燃油助力車的使用來保護環(huán)境。于是發(fā)展綠色交通工具已成為一個重要的課題。電動車具有輕便、無污染、低噪音和價格低廉的特點，成為比較理想的交通工具。開關磁阻電機的結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、可靠性高、能在較寬的速度范圍內(nèi)高效運行、而且堅固耐用，適合于在惡劣條件下應用等特點決定了其非常適合于車輛負載。 本文主要研究四相8/6極開關磁阻電機傳動系統(tǒng)在兩輪電動車中的應用，設計了以AVR單片機為主控芯片的電動車控制器。1.根據(jù)開關磁阻電機的結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了SR 電機的數(shù)學模型，分析并確定了開關磁阻電機的位置信號檢測方法，制定了該系統(tǒng)使用的控制策略：采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，通過AVR單片機片內(nèi)定時器/計時器T/C2輸出的PWM斬波調(diào)壓間接地調(diào)節(jié)電流以控制電機的轉(zhuǎn)速。2.以AVR單片機為核心，設計了開關磁阻電機控制系統(tǒng)的各硬件電路，主要有電源轉(zhuǎn)換電路和電壓采樣電路、系統(tǒng)功率電路及MOSFET驅(qū)動電路、位置信號檢測電路和電流檢測與保護電路。3.在硬件電路的基礎上設計了系統(tǒng)的控制軟件，并對電動車的剎車、過流保護、欠壓保護和定速巡航等功能加以改善和提高。最后對所開發(fā)的系統(tǒng)進行了調(diào)試，通過實驗得到的速度電流波形證實了該控制器的可行性。
上傳時間： 2013-07-25
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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(jié)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(jié)普通PID調(diào)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(jié)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(diào)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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本文的研究工作主要是圍繞著變速恒頻雙饋風力發(fā)電機交流勵磁電源研究展開的.根據(jù)變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)對交流勵磁電源的要求,本文首先對目前適合用作交流勵磁電源的六種變換器進行了詳細深入地比較分析,認為在目前的電力電子技術(shù)條件下,兩電平電壓型雙PWM變換器是可用作變速恒頻雙饋風力發(fā)電機交流勵磁電源的最具優(yōu)勢的一種變換器,而多電平與軟開關技術(shù)的結(jié)合將是交流勵磁電源的發(fā)展方向.對網(wǎng)側(cè)PWM變換器的無電網(wǎng)電壓傳感器控制技術(shù)進行了研究,提出了一種基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的無電網(wǎng)電壓傳感器的矢量控制方案,解決了初始虛擬電網(wǎng)磁鏈準確觀測的難點,使網(wǎng)側(cè)PWM變換器不用對電網(wǎng)電壓進行采樣即可實現(xiàn)矢量控制,省去了電網(wǎng)電壓傳感器及其處理電路但并不影響其控制性能,仿真和實驗結(jié)果驗證了所提出方案的良好控制性能.在轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器的研究中,在電網(wǎng)電壓恒定的情況下對DFIG矢量形式的數(shù)學模型進行簡化,進行了基于定子磁鏈定向和基于定子電壓定向的轉(zhuǎn)子電流環(huán)控制器的設計研究.深入分析了DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)最大風能追蹤的機理和實現(xiàn)的方案,設計了基于定子電壓定向矢量控制、實現(xiàn)最大風能追蹤、有功和無功功率解耦的DFIG的控制方案.最后,將變速恒頻雙饋風力發(fā)電運行研究拓展到了電網(wǎng)故障條件下的運行控制.建立了計及電網(wǎng)電壓故障的變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)完整仿真模型,為系統(tǒng)不間斷運行的研究、改進控制策略的驗證和其它探索性研究提供了一個很好的平臺.
上傳時間： 2013-06-17
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隔離升壓DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電以及超導儲能系統(tǒng)等領域有廣闊的應用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、起動問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關問題和輸入電感磁復位問題等進行了系統(tǒng)深入的研究，解決了這一類拓撲所共有技術(shù)問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓撲族，分析比較了各種拓撲的特點，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進行了詳細的穩(wěn)態(tài)分析和小信號建模分析，為其分析、設計和搭建實驗平臺提供了電路理論基礎。 理論上分析了IBFBC起動時存在電流沖擊的原因。提出了二種數(shù)字化軟起動方案，該方案對主電路進行了改造，利用DSP能靈活產(chǎn)生PWM波的特點采用了新的控制策略，成功實現(xiàn)了該系統(tǒng)的軟起動。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關管關斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎上，通過控制PWM的發(fā)生方法，實現(xiàn)了有源箝位功率開關管和橋臂功率開關管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復位問題。在正常停機時提出了一種數(shù)字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態(tài)逐漸過渡到Buck工作狀態(tài)，讓輸入電感存儲的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護停機，采用了繞組磁復位的方法，把輸入電感設計成反激式變換器形式，突然停機時，電感中存儲的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護了變換器不會損壞。 給出了主電路關鍵器件參數(shù)的設計方法，設計了以DSP-TMS320F2407為核心的數(shù)字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實驗驗證了理論分析和仿真結(jié)果。 本文立足于IBFBC的關鍵技術(shù)要求，并充分考慮工程應用中的實際因素，進行了理論分析和實驗研究，為實際系統(tǒng)方案設計提供理論依據(jù)，并已經(jīng)在實際應用中得到驗證。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：lifevast
高速電機由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內(nèi)外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機械強度和轉(zhuǎn)子動力學；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結(jié)構(gòu)進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結(jié)果加以驗證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數(shù)大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)和永磁體之間增加一層電導率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導電性，其產(chǎn)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當銅環(huán)的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉(zhuǎn)子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進行了轉(zhuǎn)子動力學分析，實驗研究表明：由于轉(zhuǎn)子設計不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實驗計算結(jié)果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標簽： 無刷直流 電機轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時間： 2013-05-18
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