從雙饋電機的基本工作原理出發(fā),分析雙饋電機調速的特點,引入矢量控制技術,進行坐標變換,得出雙饋電機同步坐標系上的數學模型.用MATLAB的S函數建立雙饋電機仿真模型,對雙饋電機起動性能進行分析.對雙饋電機的調速性能進行了詳細討論,得知雙饋電機要完全進行調速必須實現MT軸轉子電壓矢量的完全解耦.為此我們確定雙饋電機調速時的矢量控制策略即轉子電流定向的矢量控制.在進行定子磁場定向后,保持轉子電流與定子磁鏈相垂直,進行轉子電流定向.雙饋電機轉子電流定向矢量控制調速系統完全分為兩個通道,解除了雙饋電機的內部耦合,實現電機的勵磁電流與轉距電流的分別控制,使雙饋電機的調速性能優(yōu)異.試驗證明調速系統具有變頻器功率小、功率因數高、動態(tài)性能好、調速范圍廣等優(yōu)點,適用于風機、泵類負載的調速,有良好的工業(yè)應用前景.
上傳時間： 2013-07-02
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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,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,實現了一套多相永磁無刷直流電機系統.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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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的數學模型。雙饋異步電機是變速恒頻風力發(fā)電系統的核心。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，實現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
上傳時間： 2013-07-14
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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(fā)，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(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(tài)仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩(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據表和穩(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(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優(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(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”（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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感應電機雙饋調速系統是一種性能優(yōu)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(jié)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(jié)。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(yè)傳動領域、風力發(fā)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(wěn)態(tài)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(tài)穩(wěn)定性，并建立了雙饋電機的開環(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暫態(tài)穩(wěn)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(huán)境無污染、循環(huán)壽命長等優(yōu)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(jié)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(tài)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(tài)的不同，適時給予不同的充電電流，不至于發(fā)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(wěn)定性。
上傳時間： 2013-04-24
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針對空間電壓欠量脈寬調制過程中存在的問題，采用理論推演與軟件設計方法，在介紹了s V P w M 的基本原理的基礎上，利用T I 公司的 D S P電機控制芯片 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7設計了S V P W M的實現方法，并給出 j - 變頻調速系統的全數字化實現。 通過對永磁同步電機進行控制仿真實驗，得到的結果表明此方法是切實可行V , J ，控制系統具有優(yōu)良的動靜態(tài)性能，較高的控制效果，有廣泛的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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勵磁調節(jié)系統是同步發(fā)電機的重要組成部分，對同步發(fā)電機乃至電力系統的安全穩(wěn)定運行有著重要影響。隨著電力系統規(guī)模的不斷增大，系統結構和運行方式日趨復雜，對同步發(fā)電機勵磁控制系統運行的可靠性、穩(wěn)定性、經濟性和靈活性提出了更高的要求。本文根據勵磁調節(jié)器的國內外發(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勵磁調節(jié)器。 本文首先介紹了數字勵磁的發(fā)展歷程、特點及應用范圍，然后介紹了同步發(fā)電機勵磁控制系統的國內外發(fā)展狀況及趨勢，提出了基于數字信號處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機勵磁系統的結構和設計方案。 在詳細解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎上，提出了勵磁系統的主要硬件設計及軟件實現方法；完成了IGBT勵磁裝置主回路和 IGBT 保護及驅動單元的設計；進行調節(jié)器硬件設計，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強大的數據處理能力和豐富的片內外設和高速的實時處理能力，用單片系統結構實現了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調節(jié)和系統保護等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵磁控制器的硬件結構，提高了勵磁系統的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗證所設計的勵磁調節(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各環(huán)節(jié)的仿真模型。仿真結果表明，采用 TMS320F2812的同步發(fā)電機IGBT勵磁系統具有響應快速、調節(jié)靈敏、控制性能優(yōu)良等特點。
上傳時間： 2013-07-29
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直接轉矩控制技術，是繼矢量控制技術之后出現的又一種新的控制思想，其控制手段直接，系統響應迅速，具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，系統魯棒性好，因而受到了普遍關注并得到了迅速發(fā)展。 本論文從交流調速技術的發(fā)展開始，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，推導了u-l、i-n兩種磁鏈模型，并對這兩種磁鏈模型的適應范圍和特點進行了分析，然后推導了在全速范圍都適用的u-n模型。u-n模型的特點是：低速下工作于i-n模型，高速下工作于u-i模型，高低速之間自然過渡，加之引入電流調節(jié)器對電流觀測值進行補償，大大提高了模型的觀測精度。 然后以交流電力機車為例，介紹了直接轉矩控制技術在交流調速系統中的應用，并根據電力機車的牽引特性，設計了不同的控制策略： (1)低速區(qū)：采用圓形磁鏈的直接轉矩控制； (2)高速區(qū)：采用六邊形磁鏈的直接轉矩控制； (3)弱磁區(qū)：通過改變磁鏈給定值來調節(jié)轉矩，實現恒功率調節(jié)。 同時應用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉矩控制系統的仿真模型，并得出了仿真結果，驗證了該方法的正確性。 最后介紹了無速度傳感器的直接轉矩控制方法，推導了基于模型參考自適應(MRAS)理論的轉子轉速的辨識方法，建立了轉子轉速的辨識模型，并得到了仿真結果。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁電機因其較高的轉矩密度和良好的動態(tài)響應特性，在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣和應用。本文針對盤式永磁同步電動機的設計展開研究，所做工作主要包括以下幾個部分： 首先，從電機的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機和徑向永磁電機的轉矩密度進行了比較，得到了兩種電機轉矩密度的變化關系。推導了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應電抗、槽漏抗等的計算公式，同時也給出了這些參數相應的有限元計算方法，兩種計算結果基本一致。并且在對多極少齒結構電機的漏磁系數進行研究的基礎上，總結了該類電機的漏磁系數的計算方法。 其次，采用了針對六相電機的22極24槽結構，使得電機的主要尺寸減小，電機定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對永磁體的形狀進行優(yōu)化，可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小，進而降低的轉矩波動。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動勢波形和齒槽轉矩的影響規(guī)律。 通過對盤式永磁電機的磁場分布特點的研究，編寫了分環(huán)法盤式永磁電機電磁設計程序。通過對樣機設計值與實驗值比較，不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進行完善和修正，目前已經形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉子盤體進行剛度計算，并且也對電機的定子進行了固有頻率的計算，保證了電機的可靠運行。 最后，在上述研究的基礎上，本文設計制造了一臺5kW的雙定子單轉子結構的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細的實驗，實驗結果與理論分析基本一致。
上傳時間： 2013-07-29
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