動力傳動中的直線往復(fù)運(yùn)動往往是通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在傳動裝置的作用下實(shí)現(xiàn)的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運(yùn)動裝置的較好選擇是直線開關(guān)磁阻電機(jī)(LSRM)。但是，這種電機(jī)很少得到運(yùn)用，這是因為LSRM的數(shù)學(xué)模型很難準(zhǔn)確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉(zhuǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)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(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，直線開關(guān)磁阻電機(jī)以其簡單結(jié)實(shí)的電機(jī)結(jié)構(gòu)、優(yōu)越的性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，近年來受到學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注，不少大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進(jìn)的控制策略簡化機(jī)械裝置”的指導(dǎo)思想下，結(jié)合目前國際學(xué)術(shù)界的最新研究成果，對直線開關(guān)磁阻電機(jī)的理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)仿真進(jìn)行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導(dǎo)出直線開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體參數(shù)進(jìn)行電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析了各參數(shù)的靜態(tài)特性，推導(dǎo)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(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，給出仿真結(jié)果；對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種簡單可行的參數(shù)選擇方法。仿真結(jié)果表明，其動態(tài)響應(yīng)性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎(chǔ)上，引進(jìn)軟開關(guān)技術(shù)，用來降低電機(jī)的損耗和脈動。采用TMS320VC33進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出了與DSP相連接的相關(guān)檢測電路。 為了降低和消除開關(guān)磁阻電機(jī)的脈動和噪聲，本文利用滑模變結(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)和對外部變化不靈敏等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計了LSRM滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和開關(guān)磁阻電機(jī)的原理和控制方式結(jié)合起來，對直線開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行深入的分析，并在動態(tài)特性上進(jìn)行較多的理論和仿真分析，在保持開關(guān)磁阻電機(jī)固有的優(yōu)點(diǎn)上，進(jìn)一步簡化電機(jī)的結(jié)構(gòu)，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(jié)果表明，直線開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關(guān)磁阻電機(jī)的研究和推廣運(yùn)用是很有前途的。
標(biāo)簽： 直線 開關(guān)磁阻電機(jī) 控制
上傳時間： 2013-06-20
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開關(guān)磁阻電機(jī)（SR電機(jī)）驅(qū)動系統(tǒng)（SRD）是一種先進(jìn)的機(jī)電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動問題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機(jī)振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動為主題展開理論分析和實(shí)驗研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機(jī)噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機(jī)振動噪聲的基礎(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達(dá)式，定性分析了徑向力與電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)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(jìn)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(shí)驗樣機(jī)的轉(zhuǎn)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性模型辨識能力，成功進(jìn)行了SR電機(jī)磁鏈反演和轉(zhuǎn)矩計算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機(jī)精確解析數(shù)學(xué)模型。因為SR電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關(guān)系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機(jī)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(jī)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(jī)機(jī)械噪聲的措施和方法進(jìn)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(yùn)動方程出發(fā)，導(dǎo)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(jī)電類比法得出了SR電機(jī)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(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機(jī)三維有限元模型，分析得出了加強(qiáng)繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過比較實(shí)驗樣機(jī)的模態(tài)分析結(jié)果和運(yùn)行實(shí)驗結(jié)果，證實(shí)了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機(jī)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(chǔ)上，對SRD系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負(fù)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(zhuǎn)矩和效率這兩個優(yōu)化目標(biāo)，對SR電機(jī)的開關(guān)角進(jìn)行了優(yōu)化。最后結(jié)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(jìn)行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機(jī)設(shè)計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機(jī)定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機(jī)噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機(jī)減振降噪是必不可少的。本文理論推導(dǎo)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(xiàn)的結(jié)論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機(jī)運(yùn)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(jìn)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(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開關(guān)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(shí)有效的，達(dá)到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩斬波都使用三步換相法，和在相關(guān)斷時刻根據(jù)實(shí)際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機(jī)振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關(guān)頻率設(shè)計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。設(shè)計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機(jī)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)；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(shí)現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機(jī)振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。本文最后對實(shí)驗樣機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測量實(shí)驗，對比轉(zhuǎn)矩測量值與轉(zhuǎn)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(shí)驗樣機(jī)進(jìn)行了空載與負(fù)載、電流控制與轉(zhuǎn)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(yùn)行實(shí)驗，對比各種實(shí)驗結(jié)果，充分證實(shí)了本文所提出的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)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(jī)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(guān)于電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機(jī)械降噪措施等的結(jié)論已在該項目的60kW實(shí)驗樣機(jī)上得到證實(shí)。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機(jī) 減 降噪
上傳時間： 2013-07-05
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作為數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外研究和應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)也逐步向全數(shù)字化方向發(fā)展，全數(shù)字化系統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)現(xiàn)新控制策略容易、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)。 本文論述了永磁同步電機(jī)空間矢量脈寬調(diào)制控制的最新發(fā)展，分析了從基礎(chǔ)理論到最新的控制算法的有關(guān)永磁同步電機(jī)空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(jī)(PMSM)的數(shù)學(xué)模型和控制理論進(jìn)行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實(shí)驗研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到基本轉(zhuǎn)速之前采用最大轉(zhuǎn)矩/電流策略控制，超過基本轉(zhuǎn)速之后采用弱磁擴(kuò)速的電流控制策略，使電機(jī)具有更大的調(diào)速空間，該策略可實(shí)現(xiàn)電壓矢量近似連續(xù)調(diào)節(jié)，有效減小了PMSM 的轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能，仿真結(jié)果證明了這一結(jié)論。 在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數(shù)字永磁交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空間矢量PWM 控制為核心。
標(biāo)簽： 永磁同步電動機(jī) 調(diào)速控制
上傳時間： 2013-06-08
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感應(yīng)電機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)是一種性能優(yōu)越的電力拖動控制系統(tǒng)，它不僅降低了功率變換器的額定功率，而且能夠通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的幅值、相位和頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子側(cè)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。由于系統(tǒng)控制方法的靈活性和多樣性，使得雙饋電機(jī)在工業(yè)傳動領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電以及抽水蓄能電站中擁有廣闊的應(yīng)用前景。 本文主要對雙饋電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究。首先，比較雙饋調(diào)速系統(tǒng)和傳統(tǒng)的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的異同點(diǎn)，闡述了雙饋電機(jī)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(wěn)態(tài)特性；接著，利用雙饋調(diào)速系統(tǒng)控制方法靈活多樣的特點(diǎn)，構(gòu)建了一套交直交變換器勵磁的矢量調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)模型建立在以轉(zhuǎn)子磁鏈定向了同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸系中，可以實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)可以在超同步、亞同步方式下運(yùn)行，通過計算機(jī)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(jī)的功角特性，通過功角特性分析了電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性，并建立了雙饋電機(jī)的開環(huán)電壓控制、開環(huán)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(jī)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究；最后，綜合上述討論結(jié)果，設(shè)計了雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)硬件部分，并給出了部分軟件設(shè)計流程。
標(biāo)簽： 感應(yīng)電機(jī) 雙饋 仿真
上傳時間： 2013-07-25
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本課題是國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究內(nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，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(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過盈配合，用護(hù)套對永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)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(tài)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(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)方程，采用有限元法計算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計算方法設(shè)計的1臺采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)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(fēng)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(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過長的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實(shí)驗相結(jié)合的方法，分析計算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點(diǎn)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(zhǔn)確計算對高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計算高速電機(jī)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(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計制造了一臺額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗研究。測量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結(jié)果的對比，部分驗證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時間： 2013-04-24
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本文研究的電磁阻尼器是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心杯發(fā)電機(jī)，它主要用于對能量的吸收和耗散，達(dá)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(yīng)用十分廣泛，已涉及航天、航空、電力等諸多領(lǐng)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。 介紹了常規(guī)空心杯電機(jī)與電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)、發(fā)展和應(yīng)用，基于Ansoft公司的電磁場分析軟件Maxwell 2D學(xué)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(shù)、磁極對數(shù)的氣隙磁密分布進(jìn)行了靜態(tài)仿真分析，得出了相應(yīng)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用Infolytica公司的電磁場分析軟件MagNet對電磁阻尼器的二維穩(wěn)態(tài)磁場進(jìn)行了仿真，研究了如下內(nèi)容： (1)定子磁路結(jié)構(gòu)中的磁鋼材料、磁鋼充磁方向、定子磁極對數(shù)的改變對力矩特性的影響； (2) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)中的轉(zhuǎn)子長度、轉(zhuǎn)子材料、轉(zhuǎn)子厚度、轉(zhuǎn)子平均直徑、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向的改變對力矩特性的影響。根據(jù)所得的阻尼力矩仿真數(shù)據(jù)，基于Excel軟件的曲線擬合和Matlab軟件對擬合曲線進(jìn)行的數(shù)值分析，求得了力矩特性斜率與上述參數(shù)的關(guān)系式。此關(guān)系式為探索電磁阻尼器的工程設(shè)計方法提供了一定理論依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價值。 最后，將仿真計算得到的阻尼力矩值與實(shí)驗測得的阻尼力矩值進(jìn)行了對比，分析了誤差產(chǎn)生的原因。
上傳時間： 2013-04-24
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低壓電器電弧運(yùn)動過程三維成像理論及運(yùn)動機(jī)理研究在國內(nèi)外取得了一定的進(jìn)展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對電弧運(yùn)動可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術(shù)涉及到電器學(xué)、數(shù)值計算、圖像處理、計算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域，加之電弧復(fù)雜的非線性特性及其瞬時特性，導(dǎo)致測量研究的困難，在電弧機(jī)理、性能分析和模型設(shè)計等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機(jī)構(gòu)的三維有限元分析、電器的計算機(jī)輔助設(shè)計、電弧動態(tài)特性研究等方面，存在大量的工作要做。對這些問題的深入研究，可以更好地認(rèn)識電器觸頭在整個運(yùn)動過程中極其復(fù)雜的電、熱、磁、機(jī)械等一系列現(xiàn)象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動態(tài)運(yùn)動過程，本文在研究開關(guān)電器電弧圖像增強(qiáng)及運(yùn)動過程三維可視化的基礎(chǔ)上，分析電弧形成機(jī)理、電弧特性和運(yùn)動形態(tài)的基本理論，進(jìn)一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應(yīng)，建立其運(yùn)動數(shù)學(xué)模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數(shù)字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測、圖像增強(qiáng)。本文提出一種基于小波變換的圖像增強(qiáng)和直方圖的圖像增強(qiáng)算法，在保留電弧弧柱強(qiáng)特征的同時，突出顯示電器動觸頭圖像特征使增強(qiáng)后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動態(tài)過程分析和電弧可視化模型的構(gòu)建提供有效的分析基礎(chǔ)，并取得良好的電弧圖像增強(qiáng)效果。本文構(gòu)造了基于比色測溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數(shù)據(jù)處理等硬件裝置，對試驗采集裝置進(jìn)行了標(biāo)定；將醫(yī)學(xué)上成功應(yīng)用的計算機(jī)層析成像理論，應(yīng)用于對電弧進(jìn)行三維溫度場重建的研究，構(gòu)造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強(qiáng)度的實(shí)驗裝置，通過對觸頭邊緣檢測的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對輻射拾取光路進(jìn)行校準(zhǔn)，編制了系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)電弧三維溫度場的重建。研究數(shù)學(xué)模擬計算方法，提出了適合低壓電器電弧數(shù)學(xué)模型計算的方法。用計算機(jī)求解獲得以前依靠實(shí)驗才能獲得的開斷波形及運(yùn)動過程，將理論分析、試驗研究和計算機(jī)仿真有機(jī)結(jié)合起來，使產(chǎn)品設(shè)計更加科學(xué)和準(zhǔn)確，可以大大減少設(shè)計周期，減少試驗的盲目性和費(fèi)用，有利于提高電器產(chǎn)品的技術(shù)性能，對于新產(chǎn)品開發(fā)，優(yōu)化滅弧室設(shè)計及模擬實(shí)驗，具有十分重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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勵磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)控制的重要組成部分，它直接影響著發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性和電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。勵磁系統(tǒng)性能的優(yōu)化與控制策略的研究，對發(fā)電機(jī)乃至整個電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發(fā)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，全面論述了勵磁系統(tǒng)主電路拓?fù)浼拜o助電路的工作原理。為提高勵磁系統(tǒng)的控制精度與實(shí)時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調(diào)節(jié)單元軟硬件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，以滿足發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行工況下對勵磁系統(tǒng)控制性能的要求。 其次，本文在詳細(xì)闡述PID+PSS控制和線性最優(yōu)勵磁控制理論的基礎(chǔ)上，客觀分析了兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)與不足，綜合二者的優(yōu)點(diǎn)引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，綜合勵磁控制器的性能更優(yōu)越，其提高了勵磁系統(tǒng)的控制精度，改善了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時針對單參量PSS存在反調(diào)的不足，進(jìn)行了算法改進(jìn)，給出了加速功率型PSS的數(shù)學(xué)推理與軟件實(shí)現(xiàn)；根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行結(jié)果可知，該算法的改進(jìn)不僅解決了傳統(tǒng)PSS的反調(diào)問題，而且優(yōu)化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發(fā)電機(jī)park微分方程，推導(dǎo)了發(fā)電機(jī)起勵與滅磁的數(shù)學(xué)方程。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發(fā)電機(jī)自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行客觀地分析，得出了有用的結(jié)論。
上傳時間： 2013-04-24
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橫向磁通電機(jī)是近些年來出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)矩密度和功率密度大的優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注，但我國對該種電機(jī)的研究尚處于起步階段。 本課題是國家863計劃項目——“新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計與集成技術(shù)(課題編號：2002AA324020)”中有關(guān)橫向磁通永磁同步電動機(jī)的部分。本課題的目標(biāo)就是要充分發(fā)揮橫向磁通電機(jī)功率密度和轉(zhuǎn)矩密度大的優(yōu)點(diǎn)，克服其功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，對橫向磁通永磁同步電動機(jī)的磁場進(jìn)行計算、分析，找出功率因數(shù)偏低的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法和建議。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行樣機(jī)的研制，對理論成果進(jìn)行驗證，并力爭樣機(jī)在性能和工藝指標(biāo)上有所突破，部分指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。 本文介紹了橫向磁通永磁電機(jī)的特點(diǎn)及運(yùn)行原理，并按照不同的分類方式介紹了橫向磁通電機(jī)的各種結(jié)構(gòu)。三維磁場的有限元計算十分復(fù)雜、計算量大，因此傳統(tǒng)電機(jī)均采用簡化的二維磁場進(jìn)行計算。但是橫向磁通電機(jī)由于結(jié)構(gòu)特殊，無法采用簡化的二維磁場的計算方法進(jìn)行分析。因此本文利用ANSYS軟件建立了樣機(jī)模型，對樣機(jī)進(jìn)行了三維電磁場分析。在電磁場計算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了電機(jī)空載反電勢，空載漏磁系數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)的計算，討論了橫向磁通永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)變化對參數(shù)的影響。本文特別針對橫向磁通永磁電機(jī)功率因數(shù)較低這一問題進(jìn)行了分析，找出了功率因數(shù)偏低的原因，提出了相應(yīng)的改善方法和建議，對橫向磁通電機(jī)的理論研究和設(shè)計應(yīng)用分析方法進(jìn)行了探討。本文利用電磁場計算的結(jié)果，完成了電機(jī)運(yùn)行特性仿真，克服了采用傳統(tǒng)磁路等效的方法帶來的誤差。最后，通過與樣機(jī)測試結(jié)果的對照研究，驗證和完善分析方法，并為進(jìn)一步獲得性能更加優(yōu)異的樣機(jī)奠定了基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： 磁通 永磁同步電動機(jī) 性能分析 磁場
上傳時間： 2013-04-24
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開關(guān)磁阻電機(jī)(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、效率高和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域都顯示出強(qiáng)大的競爭力，但是位置傳感器的存在不僅削弱了SRM結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，而且降低了系統(tǒng)高速運(yùn)行的可靠性，增加了成本，探索實(shí)用的無位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的方案成為開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的熱點(diǎn)。SRM高度非線性的電磁特性決定了在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無位置傳感器控制十分困難，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為解決這個問題提供了新的思路。徑向基函數(shù)(RadialBasisFunction，RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種映射能力極強(qiáng)的前向型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有收斂速度快、全局逼近能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文提出一種利用自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對SRM進(jìn)行控制的新方法，所采用的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以電機(jī)繞組的相電流、磁鏈作為輸入，轉(zhuǎn)子位置作為輸出，通過離線和在線相結(jié)合的方法對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立SRM電流、磁鏈與轉(zhuǎn)子位置之間的非線性映射，從而實(shí)現(xiàn)SRM的無位置傳感器控制。 常規(guī)的PID控制以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)至今仍被廣泛采用。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，PID控制效果良好，但當(dāng)被控對象具有高度非線性和不確定性時，僅靠PID調(diào)節(jié)效果不好。對于SRM，它的電磁關(guān)系高度非線性，固定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)器無法得到很理想的控制性能指標(biāo)。論文提出了一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識的SRM單神經(jīng)元PID自適應(yīng)控制新方法。該方法針對開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性，利用具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的單神經(jīng)元來構(gòu)成開關(guān)磁阻電機(jī)的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器，不但結(jié)構(gòu)簡單，而且能適應(yīng)環(huán)境變化，具有較強(qiáng)的魯棒性。同時構(gòu)造了一個RBF網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行在線辨識，建立其在線參考模型，由單神經(jīng)元控制器完成控制器參數(shù)的自學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的在線調(diào)整，能取得更好的控制效果。 仿真及實(shí)驗結(jié)果表明，自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確換相，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的無位置傳感器控制；基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制能夠達(dá)到在線辨識在線控制的目的，控制精度高，動態(tài)特性好，具有較好的自適應(yīng)性和魯棒性。
標(biāo)簽： RBF PID 控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
上傳時間： 2013-04-24
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