該論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎上詳細討論了其變頻調速的理論并且設計了一套基于DSP的永磁同步電動機磁場定向矢量控制系統(tǒng).永磁同步電動機相對感應電動機來說具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點,因此自從上個世紀80年代,隨著永磁材料性能價格比的不斷提高,以及電力電子器件的進一步發(fā)展,永磁同步電動機的研究也進入了一個新的階段.永磁同步電動機既區(qū)別于感應電動機又與電勵磁同步電動機相比有自身的特點,因此該論文首先從永磁同步電動機的本身出發(fā),討論了其穩(wěn)態(tài)運行原理,分析了永磁同步電動機的轉矩特性、功率特性及效率.矢量控制理論的發(fā)明是交流調速領域中的一個重大突破,該論文詳細討論了永磁同步電動機的矢量控制,在推導其精確數(shù)學模型的基礎上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動機控制的幾種電路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大轉矩/電流控制方式,并且開發(fā)出基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng),給出了其軟、硬件的設計方案.弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制又一方面,論文分析了永磁同步電動機弱磁調速的原理以及弱磁擴速困難的原因,并由此提出了兩種特殊轉子結構的新弱磁方案.直接轉矩控制是繼矢量控制后交流調速領域的又一個高性能控制方法,論文最后討論了直接轉矩控制理論在永磁同步電動機控制上的運用,并使MATLAB工具對永磁同步電動機的直接轉矩控制系統(tǒng)進行了仿真研究,仿真結果表明,直接轉矩控制具有動態(tài)性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
標簽： 永磁同步電動機 變頻調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-06
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本文對感應電動機軟起動過程中存在的電流、電磁轉矩以及轉速振蕩問題進行了系統(tǒng)的理論分析和實驗研究.論文首先根據(jù)感應電動機的數(shù)學模型,利用MATLAB仿真工具建立了感應電動機軟起動的通用仿真模型,其次分析了晶閘管觸發(fā)角度、機組的轉動慣量、負載轉矩以及轉子電阻這四個因素對振蕩的影響,進而探討了感應電動機軟起動過程中出現(xiàn)電流、電磁轉矩以及轉速振蕩的原因.結果表明:在感應電動機軟起動過程中,當轉子轉速達到同步轉速并在其附近變化時,電動機的續(xù)流角會大幅度變化,當續(xù)流角圍繞晶閘管的觸發(fā)角變化時,三相交流調壓電路的輸出電壓會產生振蕩,在電動機定、轉子磁場的相互作用下會使振蕩加劇,因而就會造成電動機電流、電磁轉矩以及轉速的振蕩.特別需要指出的是電動機在軟起動過程中出現(xiàn)的轉速振蕩是在同步轉速附近振蕩而并非象有些文章所說的在低速下振蕩.根據(jù)上述原因,本文提出了采用關斷角控制的新型控制策略,這種控制策略是使電動機在起動過程中的電流關斷角由某一初始值逐漸減小到零,利用該方法可以使感應電動機起動過程中的續(xù)流角始終小于晶閘管的觸發(fā)角,這樣續(xù)流角的變化就不會引起電動機端電壓的振蕩,因而就從根本上消除了感應電動機軟起動過程中的振蕩現(xiàn)象.文中首先通過仿真驗證了該控制策略的正確性,在此基礎上研制了基于關斷角控制的感應電動機軟起動裝置的硬件電路和軟件程序,并進行了樣機試驗,實驗結果驗證了理論分析的正確性.另外,文中還探討了軟起動對于感應電動機起動過程中轉軸扭矩振蕩的影響.大型感應電動機驅動大轉動慣量負載直接起動時,其轉子軸上會出現(xiàn)過大的扭矩振蕩,這是由于定子繞組中電源頻率的電流與轉子中直流電流相互作用產生的具有轉差頻率的電磁轉矩分量造成的.采用軟起動會使電動機起動時轉子中產生的直流電流分量大為減小,進而可以減小電磁轉矩的轉差頻率分量,故可以有效地抑制感應電動機起動過程中作用在轉軸上過大的扭矩振蕩.
上傳時間： 2013-07-13
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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(yōu)點,但傳統(tǒng)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(xiàn)代電力電子技術、計算機技術和現(xiàn)代控制理論的迅猛發(fā)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(tǒng)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(yōu)于三相無刷直流電機,并且系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)仿真模型.該系統(tǒng)仿真模型采用雙閉環(huán)控制,內環(huán)為電流環(huán)(采用滯環(huán)調節(jié)),外環(huán)為速度環(huán)(采用PI調節(jié)).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(xiàn)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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永磁無刷直流電動機是一種先進的集電力電子變換器與永磁電機本體于一體的機電一體化系統(tǒng),它既具備交流電動機結構簡單、運行可靠、維護方便的一系列優(yōu)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的諸多特點.正是由于這些原因,自上世紀末起,逐漸形成永磁無刷直流電機的研究熱潮.在此背景下,本文以此為課題,對永磁無刷直流電機系統(tǒng)進行了一些理論分析和實踐應用.本文首先在綜合國內外有關文獻的基礎上,分析了永磁無刷直流電機的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢,提出了目前存在的一些問題.介紹了永磁無刷直流電機的結構和運行原理,推導出永磁無刷直流電機的數(shù)學模型.針對永磁無刷直流電機的轉矩脈動,本文詳細分析了各種調制斬波方式對注入電機電流以及轉矩脈動的影響,比較分析各種斬波方式下系統(tǒng)運行情況,提出一種有利于減少轉矩波動的斬波方式.同時,本文還提出了一種回饋制動的方式,進一步提升系統(tǒng)性能,節(jié)約能源.在大型永磁電機磁極設計中,通常采用多塊磁鋼來組成勵磁磁極.考慮到磁鋼本體的分散性和加工誤差,本文從工程實際應用出發(fā),提出了一種磁鋼優(yōu)化配置方法,保證每個磁極中各段磁鋼產生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,從電機本體設計角度上提高系統(tǒng)性能.本文在理論分析基礎上,以單片機和功率智能模塊為硬件平臺,實現(xiàn)了一套多相永磁無刷直流電機系統(tǒng).針對理論分析,進行了各種方案的比較分析,經過試驗結果和仿真分析結果,進一步支持了論證了理論分析正確性和實用性.同時,對于實際應用中的一些問題,本文也做了一些工作,提出一些分析和改進.
上傳時間： 2013-08-04
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本文對永磁無刷直流電機恒功率弱磁研究進行了較為全面的從仿真到實驗、從理論到實踐的深入研究,同時對傳統(tǒng)面貼式永磁無刷直流電機和復合轉子結構的永磁無刷直流電機進行了詳盡地理論分析,系統(tǒng)地提出了關于復合轉子結構永磁無刷直流電機一套較為完善的理論.本文首先從BLDCM的導通規(guī)律和繞組結構入手,真實模擬了傳統(tǒng)面貼式永磁無刷直流電機弱磁調速的物理過程,并獲得其在恒轉矩和恒功率模式下的解析表達式.從而直觀的反映了BLDCM的弱磁機理,獲得了影響其恒功率速度范圍的關鍵參數(shù).借鑒復合轉子結構在永磁同步電機恒功率弱磁中的成功運用,將這種結構引入永磁無刷直流電機中,并完成了兩臺不同磁阻形式和功率、電壓等級的原型樣機的研制.針對原有d、q軸法的局限性,提出了真實模擬永磁無刷直流電機導電方式的場路結合法實現(xiàn)對永磁無刷直流電機的弱磁分析.在場路結合法分析的基礎上,提出了磁阻段提高恒功率速度范圍的真實原因,并進一步提出了采用永磁段、磁阻段雙d軸錯角以擴大轉速范圍的新思想,并在實踐中驗證了這種雙軸空間錯角技術的有效性.從而為復合轉子結構永磁電機運行性能優(yōu)化提供了新的可供選擇的調節(jié)手段.
上傳時間： 2013-08-02
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艦船、飛機、移動通訊、石油鉆井平臺等獨立系統(tǒng)中有許多交直流電力并存的場合，需要實現(xiàn)發(fā)供電系統(tǒng)的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質。常規(guī)的電勵磁發(fā)電機因為帶有電刷使供電系統(tǒng)的運行安全存在隱患，并且勵磁機的使用增加了電機的體積和損耗。為使系統(tǒng)節(jié)能高效，本文設計并制作了應用于獨立交直流電力系統(tǒng)的交直流永磁同步發(fā)電機。永磁電機定子上帶有三套三相繞組，一套繞組用于提供交流電力，其余的兩套繞組相位互差30度電角度，接整流器為直流負載供電。文中對電機的設計以及電機的基本性能進行探討。為了減小永磁發(fā)電機的電壓調整率，在電機的交軸與電機的永磁磁極尾部之間加一軟磁材料，通過增加電機負載時的交軸電抗壓降，來改善電機的電壓調整率。 首先，針對永磁電機設計的特殊性，應用二維有限元法計算電機的電磁場以確定電機的主要尺寸，并討論了不同軟磁材料尺寸對電機的影響。文中還根據(jù)電磁場的計算結果，應用傅立葉級數(shù)計算了電機的空載感應電動勢以用于預測電機的性能，使用能量攝動法計算了計及飽和、槽影響下的電機電感參數(shù)。考慮到永磁材料的溫度性能問題，應用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩(wěn)態(tài)時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發(fā)電機的主要電磁關系，研究了電機的數(shù)學模型，推導了考慮漏磁時具有三套互差一定電角度三相繞組的永磁發(fā)電機在dq0坐標系下的方程，可以看到，在dq0坐標系下電機的電感參數(shù)為常數(shù)。這樣，利用這個特性，在對電機運行性能進行研究時，可以得到簡化電磁方程。根據(jù)電機穩(wěn)態(tài)運行時的方程，得到了電機的向量圖。 因為帶有多套繞組的永磁電機中含有較多的諧波，而采用dq0坐標系下的方程會忽略掉氣隙磁場中的諧波分量，為了對電機的仿真更加精確，電機仿真時采用電機在ABC坐標系下的基本電磁方程。應用Matlab/SimPowerSystems中的模塊搭建電機的仿真模型，永磁體的影響用感應電動勢來表示。根據(jù)仿真結果與樣機試驗結果的比較發(fā)現(xiàn)，兩者吻合良好。 另外，本文還設計了一臺電勵磁的交直流發(fā)電機，電磁設計結果表明，永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-04-24
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變速恒頻風力發(fā)電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的關注，有著良好的發(fā)展前景。本文致力于研究變速恒頻風力發(fā)電技術，從分析其運行機理入手，比較了定槳距、變槳距和變速恒頻風力發(fā)電的區(qū)別，選定雙饋式變速恒頻方案：它在低風速階段主要進行變槳距調節(jié)追求最大風能捕獲，高風速時通過控制雙饋電機轉子側的電流，達到定子輸出恒頻和有功、無功的獨立調節(jié)。變槳距風力機作為風能轉換為機械能的設備，是風力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，它與風電場風能資源的匹配問題直接影響到了風力發(fā)電系統(tǒng)的運行特性。本文以風能理論為基礎，探討了風力機組設備的選型問題，建立起風速和風力機系統(tǒng)的數(shù)學模型。雙饋異步電機是變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的核心。本文分析了其基本運行特點，指出雙饋發(fā)電機具有普通交流電機無法比擬的優(yōu)點；研究了穩(wěn)態(tài)電路和功率平衡關系，并詳細推導出M-T-0坐標系下的5階狀態(tài)方程，建立起定子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了定子有功和無功的解耦控制，使電機控制簡單化。變頻器是雙饋電機實現(xiàn)變速恒頻運行的關鍵，本文選定了六脈波交-交變頻器作為勵磁電源。通過對其主電路結構、余弦交截法和觸發(fā)脈沖產生原理等的進一步分析，建立起六脈波交-交變頻器的數(shù)學模型，并處理了與變頻器與發(fā)電機的接口問題。最后，利用Matlab6.5/Simulink5.0仿真軟件，建立了系統(tǒng)各組成部分的仿真模型，并進行了仿真實驗研究。仿真結果表明，所建模型是正確的，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)具有良好的運行特性。
標簽： 變速恒頻 仿真研究 風力發(fā)電系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-14
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本文對超聲波電機驅動控制系統(tǒng)進行了研究。全文主要內容如下：系統(tǒng)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(xiàn)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(huán)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(tǒng)，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(xiàn)了采用頻率P調節(jié)的超聲波電機速度穩(wěn)定性控制。實現(xiàn)了大外徑(80mm)環(huán)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(tǒng)，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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動力傳動中的直線往復運動往往是通過旋轉運動在傳動裝置的作用下實現(xiàn)的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運動裝置的較好選擇是直線開關磁阻電機(LSRM)。但是，這種電機很少得到運用，這是因為LSRM的數(shù)學模型很難準確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉開關磁阻電機的轉矩脈動)也很難克服，因而控制起來比較困難。隨著電力電子技術和數(shù)字技術的發(fā)展，直線開關磁阻電機以其簡單結實的電機結構、優(yōu)越的性能和經濟指標，近年來受到學術界的極大關注，不少大學和研究機構都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進的控制策略簡化機械裝置”的指導思想下，結合目前國際學術界的最新研究成果，對直線開關磁阻電機的理論、結構設計和系統(tǒng)仿真進行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導出直線開關磁阻電機的數(shù)學模型，并在此基礎上結合具體參數(shù)進行電機的結構設計，分析了各參數(shù)的靜態(tài)特性，推導出動態(tài)方程和傳遞函數(shù)，建立了非線性動態(tài)模型，利用該模型進行系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，給出仿真結果；對系統(tǒng)進行優(yōu)化，提出了一種簡單可行的參數(shù)選擇方法。仿真結果表明，其動態(tài)響應性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎上，引進軟開關技術，用來降低電機的損耗和脈動。采用TMS320VC33進行數(shù)據(jù)處理，給出了與DSP相連接的相關檢測電路。 為了降低和消除開關磁阻電機的脈動和噪聲，本文利用滑模變結構控制具有快速響應和對外部變化不靈敏等優(yōu)點，設計了LSRM滑模變結構控制系統(tǒng)。仿真結果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機的結構和開關磁阻電機的原理和控制方式結合起來，對直線開關磁阻電機進行深入的分析，并在動態(tài)特性上進行較多的理論和仿真分析，在保持開關磁阻電機固有的優(yōu)點上，進一步簡化電機的結構，使之能在一些特殊場合使用，以提高整個傳動系統(tǒng)的效率。 研究結果表明，直線開關磁阻電機的結構十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關磁阻電機的研究和推廣運用是很有前途的。
上傳時間： 2013-06-20
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統(tǒng)（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(shù)等之間的關系。根據(jù)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(tǒng)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(shù)值解。針對在SRD性能仿真時，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)等角度研究了SR電機相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的運動方程出發(fā)，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)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(shù)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(tǒng)低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結果和運行實驗結果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優(yōu)化目標，對SR電機的開關角進行了優(yōu)化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)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(shù)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(xiàn)多個模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數(shù)進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)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(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優(yōu)化法和時間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)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(jù)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(jù)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(lián)電路方案。在控制軟件中實現(xiàn)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(tài)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(tǒng)”（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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