隨著世界范圍內的能源危機越來越嚴重，每個國家都投入了極大的熱情開發新型節能型產品，而且整個社會的節能意識越來越高。我國2005年廣東發生的油荒現象已經造成了局部能源恐慌，所以節能問題受整個社會關注的程度越來越高。 我國傳統螺桿泵采油系統的地面驅動部分采用異步電機加變速箱，長期以來存在“大馬拉小車”現象，系統效率和經濟效益低下，耗能非常嚴重。 永磁無刷直流電機在進入21世紀后，以其較高的效率和優異的控制性能保持較高的發展勢頭，已廣泛用于社會生活的方方面面，如比家電行業，汽車行業和工業控制等等。 本文基于ST7MC設計了應用于油田螺桿泵的永磁無刷直流電機驅動系統。通過大量的資料和文獻閱讀，首先從無刷直流電機的結構和原理開始介紹，在建立無刷直流電機的數學模型基礎上，對整個控制系統的硬件和軟件結構進行了詳細說明，給出了正弦波控制策略的頻率和相角估算方法。 基于本控制系統的設計方案完成的6.5KW無刷直流電機控制系統已經成功在油田上試運行，通過大量的負載試驗和井上運行試驗驗證了該系統達到了較高的系統的效率和經濟效益。并取得了預期的節能效果。
上傳時間： 2013-04-24
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與傳統的徑向磁通圓柱式電機相比，軸向磁通的盤式無鐵心永磁同步電機有著許多明顯的優點：其結構較為簡單，加工及裝配費用低，電機運行可靠，不需勵磁電流，提高了電機的效率和功率密度。盤式電機永磁化是一種發展趨勢，而稀土材料是其首選的永磁材料。我國已研制出盤式永磁同步電機，但還處于試制階段，要實現產品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對該電機的氣隙磁密進行分析，對影響氣隙磁密的各種因素展開了研究。具體內容如下： 1) 回顧了永磁電機的研究歷史、發展現狀和主要應用，對永磁材料的性能及選取、聚磁技術、電機磁場計算所需理論和有限元軟件進行了介紹。 2) 將電機內的電磁場、有限元軟件和盤式無鐵心永磁電機特殊結構相結合，設計出了近二十個有限元計算程序，組成一個針對盤式無鐵心永磁同步電機的計算軟件包，由這些計算程序出發，對盤式無鐵心永磁同步電機進行一系列仿真分析計算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時，由于有限元軟件在繪圖方面的限制，需要將氣隙磁密數據從有限元軟件中導出到文本文件，再由其它數學工具進行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過程中由于導出數據格式與繪圖工具所需數據格式不能兼容，還需要對導出數據進行處理。由于有限元軟件導出的數據量很大，如果對這些數據進行人工整理將增加大量的工作量，所以作者在研究過程中，針對導出數據的特點編寫了一個Vb數據處理程序，使數據處理工作得到大大簡化。 3) 在上述建立的軟件包的基礎上，對基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電機進行了一系列系統分析，其中包括三維開域磁場分析、永磁體厚度對電機氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時氣隙磁場分析、采用不同角度Halbach陣列時的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機設計過程中永磁體的設計提供了依據。 4) 在對盤式無鐵心永磁同步電機磁場進行詳盡的分析的基礎之上，本文提出了對該電機的新設計方案，并就此方案進行了建模分析，結果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結構的氣隙磁密更為理想。此外，還對新模型從定性的角度進行了渦流損耗分析，分析表明其結構有利于減小渦流損耗。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、過載能力強、控制性能優良等優點，在中小容量調速系統和高精度調速場合發展迅速。但由于永磁同步電機的磁場具有獨特的交叉耦合和交叉飽和現象，且其控制系統是一個強非線性、時變和多變量系統，要實現高精度調速就需對其控制策略進行深入研究。 永磁同步電機調速系統中，位置傳感器的存在使得系統成本增加、結構復雜、可靠性降低，所以永磁同步電機的無位置傳感器控制成為一個新的研究熱點。本文擬借助于神經網絡良好的逼近能力，實現永磁同步電機的無位置傳感器控制。 人工神經網絡(Neural Network)可以逼近任意復雜非線性映射，具有很強的自學習自適應能力，十分適合于解決復雜的非線性控制問題。其中，BP神經網絡是目前廣泛應用的神經網絡之一，得到了較為深入的研究，其結構簡單，需要離線確定的參數少、泛化能力強、逼近精度高、實時性強，采用BP神經網絡實現永磁同步電機的調速控制具有重要意義。 文中提出了基于BP神經網絡的永磁同步電機自適應調速控制策略，建立了一種包含辨識網絡和控制網絡的雙神經網絡結構控制系統。辨識網絡在線動態辨識系統輸出并對控制網絡參數進行調整，控制網絡與PI控制方法相結合實現永磁同步電機自適應轉速控制。仿真結果表明，該系統動態響應快、實時性較強、精度較高。 文中提出了一種基于混合訓練算法的BP神經網絡永磁同步電機無位置傳感器控制方法。采用混沌優化和梯度下降法相結合的混合算法對BP神經網絡進行離線訓練后，將其用于永磁同步電機的轉子位置角在線估計。結果表明，該訓練算法可以有效地加快神經網絡收斂速度，且估計的轉子位置角誤差較小、精度較高。 文中建立了以TMS320F2812芯片為核心的永磁同步電機調速控制系統，并進行了相應的軟硬件設計，為實現永磁同步電機的各種控制策略奠定了實驗基礎。DSP控制系統為神經網絡訓練提供樣本，為研究永磁同步電機的自適應調速控制和轉子位置角估計創造了條件。
上傳時間： 2013-07-03
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在目前全球能源危機和溫室效應越來越嚴重的情況下，電動車(Electric Vehicle)以其無污染、低噪聲、效率高，便于操作等優點，越來越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學辜承林教授聯合，為蘇州益高電動車輛制造有限公司設計旅游車無刷電機驅動系統。課題結合現代CPU技術、數字技術和電力電子技術，設計了一款以無位置傳感器無刷直流電機為動力的大功率汽車輪轂驅動控制器。 本課題采用辜老師設計的“橫向磁通無刷直流電動機”為控制對象。本文首先分析了無刷直流電機的數學模型和無位置傳感器的反電勢過零點檢測的基本原理，從整體上對控制系統的各個方面進行了討論并確定了整體設計方案。在課題中，本人采用DSP 2407A作為控制核心，以功率MOS管為逆變器件，研制出系統硬件，用C語言編制了系統軟件。鑒于該課題在大電流等級的無刷直流電機應用中，國內外尚無先例，本項目在開發實驗中，對無位置傳感器無刷電機的起動和反電勢過零檢測作了大量的研究工作，取得許多有益的科研實踐經驗。通過對電機的起動過程和位置檢測方法進行的一些有效改進措施，使得電機達到較好的運行性能和操控特性。 實驗結果表明本項目設計方案有效可行，研制的無位置傳感器無刷直流電機控制器達到設計的預期基本性能指標。
上傳時間： 2013-04-24
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高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、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、轉子結構簡單，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外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉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生的。首先通過優化定子結構、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生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉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，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構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。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構進行了對比，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，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 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倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，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子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 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，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到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，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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電動車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛，電動車無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在景區運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電機驅動及控制系統是電動汽車的核心，本文主要設計的是電動游覽車用異步電動機的驅動控制系統。 本文設計了以IGBT作為開關元器件的主電路結構，通過多次改進結構，并設計采用了具有硬件互鎖功能的驅動電路，進一步提高了主電路的可靠性。以TI公司生產的TMS320LF2407A芯片為系統控制核心，設計了控制電路以及保護電路；編寫了以矢量控制作為核心算法、空間電壓矢量控制作為PWM控制方式的控制程序。通過研究單神經元矢量控制的原理，進行了仿真，驗證了單神經元矢量控制具有更好的快速性、魯棒性和自適應性。 通過大量的實驗和實際現場裝車調試證明，本文設計的異步電動機控制系統可靠性高，動態性能良好，控制簡單，適合在蓄電池供電的逆變器應用場合(電動車)。
上傳時間： 2013-04-24
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超級電容器是一種具有高能量密度的新型儲能元器件，它可提供超大功率并具有超長的壽命，是一種兼備電容和電池特性的新型元件，在混合動力電動車、脈沖電源系統和應急電源等領域具有廣泛的應用前景。對于大功率儲能系統來說，為了滿足容量和電壓等級的需要，一般是由多個超級電容器串聯和并聯的組合方式構成。然而超級電容器在串并聯使用時，單體電容器參數的分散性是制約其壽命和可靠性的主要因素。因此，為了提高儲能效率，對超級電容器組合進行電壓均衡管理具有十分重要的意義。 本文針對超級電容器串聯使用時充電電壓的均衡問題，對超級電容器組充放電均衡技術進行了研究，通過對現有均衡技術的分析和討論，確定采用單電容均壓方案，并利用DSP控制技術，設計了一個基于DSP控制的超級電容組電壓均衡系統，解決超級電容器串聯電壓均衡問題。該系統主要由參數采集、PWM信號輸出、開關網絡控制等部分組成。系統以DSP為控制核心，采用了一只電解電容器作為中間電容傳遞能量，通過實時電壓、電流及溫度監測將采集到的信號，經A/D轉換器后，送入DSP處理，系統根據得到的電壓、電流信息判斷電容的充放電狀態，控制PWM信號的輸出，進而驅動開關網絡的切換，使能量在單體電容器之間快速傳遞，從而實現均壓控制。最后，對該系統進行了仿真和實驗研究，通過對上述數據的分析比較可以看出，采用此種方案進行均衡后，超級電容組單體的電壓在充電過程中達到了較好的一致性。 本文設計的超級電容組電壓均衡系統用于串聯超級電容組的充放電均衡控制，既可實現靜態均衡也可實現動態均衡。與其他均衡方案相比，該系統具有電壓均衡速度快，均衡效果好的優點。
上傳時間： 2013-04-24
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步進電動機是工業控制中常用的一種電機，其最大的優點是可以進行開環控制，無需位置和速度傳感器，并且具有很高的精度，因而在辦公設備和數控系統中獲得了廣泛的應用。混合式步進電機綜合了反應式和永磁式步進電機的優點，具有很高的效率和運行精度，性能優異，是本文的研究對象。然而，采用傳統控制方法進行開環控制的步進電機，運行噪聲大、易振動，嚴重時將導致失步。 實踐證明，細分控制可以有效的減小步進電機運行中的振動和噪聲，增加電機運行的平穩性。由于混合式步進電機的運行原理類似于同步電機，因而可以借鑒同步電機先進的控制方法來控制混合式步進電機。本文將同步電機常用的矢量控制應用到混合式步進電機控制中，實現了混合式步進電動機步距角的任意細分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步進電動機的工作原理，在忽略一些非線性因素的前提下，建立了三相混合式步進電機理想的數學模型，并根據數學模型提出了相應的控制方案。 以數字信號處理器TMS320LF2403A為核心，設計了三相混合式步進電機驅動器的硬件和軟件。數字PI調節器和空間矢量PWM技術是本控制系統的核心，文中詳細介紹了PI調節器和空間矢量PWM的原理及數字化實現。 最后介紹了系統的實驗裝置。實驗結果證實了控制方案的可行性，也表明了本課題設計的控制器具有優良的性能。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著能源危機日趨嚴重，新能源的開發與節能技術的研究日趨迫切，而新型儲能元件—超級電容器的應用為能量回收開辟了一條新的道路。 作為新型儲能器件，超級電容器擁有其它儲能器件無法比擬的優點—充放電速度快、功率密度高、使用壽命長。但由于其額定電壓很低，一般為1V～3V，因此使用時需多節串聯以達到實用電壓值，而電容單體參數不一致必然導致單體電壓不平衡。長此以往，勢必嚴重影響超級電容組壽命及其工作可靠性。 本文從超級電容器結構與工作原理入手，詳細闡述了其各種特性，分析和比較了目前存在的各種電壓均衡電路，確定了適合能量回收系統中超級電容組的電壓均衡策略，提出了如下兩種方法： 一種是運用飛渡電容轉移能量的思想，在飛渡電容與超級電容器之間加入DC/DC變換器，對超級電容器恒流充放電，保證了電壓均衡電路快速性。 針對超級電容器單體電壓低造成的DC/DC變換器恒流控制困難的問題，本文采用了新型開關電源芯片LTC3425及LTC3418實現了恒流輸出，仿真及試驗結果驗證了該方法的有效性。 另一種方法為基于變壓器的電壓均衡法，該方法引入全橋逆變器和高頻變壓器構成了一種新穎的電壓均衡電路。此方法容易獲得超級電容器串聯組平均電壓值，使得對低于平均電壓值的超級電容器充電非常方便。此方法以較低成本實現了電壓均衡目的，并通過仿真和試驗驗證了該方法的有效性。 以上兩種方法均通過能量內部轉移來完成電壓均衡，達到了較高的均衡效率，適合用于能量回收系統中超級電容組的電壓均衡。
上傳時間： 2013-06-08
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燃料電池電動汽車DC/DC變換器的諸如工作電壓、電流、效率、體積、重量、溫度這些參數指標中溫度參數是一個尤為重要的參數。如何對DC/DC變換器內部多點溫度參數進行實時監測從而為DC/DC變換器提供可靠的溫度參數就成為本課題的直接來源和選題依據。 USB總線具有即插即用、使用方便、易于擴展以及抗干擾能力強等其它總線無法比擬的優點。如今USB已經成為PC上的標準接口，并迅速占領了計算機中、低速外設的市場。而且隨著計算機功能的不斷強大，虛擬儀器技術也在不斷發展。它代表了測量與控制技術的未來發展方向。本課題的研究目的就是希望將USB總線技術和虛擬儀器技術應用到測量系統中，充分利用實驗室現有的資源，設計一個基于USB總線和LabVIEW的多路溫度測試儀。 在了解DC/DC變換器內部主電路的拓撲結構的基礎上，考慮測試系統抗干擾技術，選用擴展了USB功能的微控制器芯片STM32F103和高精度溫度傳感器PT1000完成了基于恒流源的多通道溫度檢測電路原理圖與印刷電路板設計。在學習USB協議和電子芯片數據手冊的基礎上編寫了測試儀的下位機固件程序。通過LabVIEW中的NI—VISA開發驅動程序實現上位機與USB設備的通信功能。在LabVIEW虛擬儀器軟件開發平臺中編寫用戶界面并建立合理的報表生成系統，有效存儲數據提供用戶查詢。 直接在LabVIEW環境下通過NI—VISA開發能驅動用戶USB系統應用程序，完全避開了以前開發USB驅動程序的復雜性，大大縮短了開發周期，節省了開發成本。設計完畢后對系統進行了軟硬件聯調，通道標定和現場試驗，并進行了精度分析。實驗結果表明課題在這一研究過程中取得了預期的良好結果。
上傳時間： 2013-06-07
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