本論文圍繞提高高速變頻電機(jī)設(shè)計(jì)水平和促進(jìn)電機(jī)CAD技術(shù)發(fā)展這一主題，對(duì)高速變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)和電機(jī)智能設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入的研究。 1.分析了集膚效應(yīng)對(duì)高速變頻電機(jī)設(shè)計(jì)的影響。針對(duì)高速變頻電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中集膚效應(yīng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重的特點(diǎn)，用有限元法對(duì)不同轉(zhuǎn)子槽型在不同頻率時(shí)的集膚效應(yīng)進(jìn)行了分析，并提出了一種利用有限元法的精確計(jì)算結(jié)果和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子集膚效應(yīng)系數(shù)的新方法，能夠快速有效的給出轉(zhuǎn)子不同槽型不同頻率時(shí)的集膚效應(yīng)系數(shù)。 2.研究了電壓型SPWM變頻器輸出時(shí)間諧波頻譜以及調(diào)制參數(shù)對(duì)輸出諧波的影響，為精確分析高速變頻電機(jī)的諧波效應(yīng)和選擇適當(dāng)?shù)淖冾l器提供參考。分析了時(shí)間諧波對(duì)高速變頻電機(jī)效率、功率因數(shù)及輸出轉(zhuǎn)矩的影響，對(duì)提高高速變頻電機(jī)設(shè)計(jì)精度具有指導(dǎo)意義。 3.從電磁設(shè)計(jì)的角度探討了高速變頻電機(jī)設(shè)計(jì)過程，所得出的結(jié)論對(duì)于高速變頻電機(jī)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。論文還提出了一個(gè)可以考慮時(shí)間諧波效應(yīng)的高速變頻電機(jī)分析模型，在此基礎(chǔ)上編制了高速變頻電機(jī)電磁仿真程序。 4.前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了人工智能技術(shù)在電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。針對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)不同階段的特點(diǎn)，首次提出了面向電機(jī)設(shè)計(jì)過程的智能設(shè)計(jì)集成推理體系。 5.從設(shè)計(jì)過程優(yōu)化的角度，研究了電機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)評(píng)價(jià)問題，建立了電機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)模型，能夠?qū)﹄姍C(jī)設(shè)計(jì)的不同層次、不同階段及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)狀態(tài)評(píng)價(jià)。@ @ 6.研究了基于實(shí)例推理技術(shù)在電機(jī)初始方案設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用，首次提出了一種基于知識(shí)引導(dǎo)和相似優(yōu)先的混合型實(shí)例檢索算法，給出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例相似度判定機(jī)制，可以提高檢索效率。 7.針對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)調(diào)整設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的缺陷，提出了一種新型的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制的電機(jī)調(diào)整設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)模型，該模型將專家系統(tǒng)技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)綜合設(shè)計(jì)方法有效結(jié)合，具有并行推理和系統(tǒng)自學(xué)習(xí)能力，解決了調(diào)整設(shè)計(jì)過程中調(diào)整力度難以確定的問題。 8.論支還研究了基于遺傳算法的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。針對(duì)遺傳算法中普遍存在的早熟收斂和搜索效率低的現(xiàn)象，提出了一種改進(jìn)遺傳算法一變焦自適應(yīng)遺傳算法，有助于提高優(yōu)化效率和克服早熟。 9.在上述工作的基礎(chǔ)上，首次提出了支持遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)的電機(jī)智能設(shè)計(jì)集成平臺(tái)的概念，給出了基于軟總線和組件機(jī)制的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型。并對(duì)集成平臺(tái)中電機(jī)模型集成技術(shù)、基于Objectorx的電機(jī)圖形繪制技術(shù)和基于Web的遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)支持技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。
標(biāo)簽： 變頻電機(jī) 電機(jī) 設(shè)計(jì)方法
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)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?jī)?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(gè)：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(duì)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(jì)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(duì)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(shí)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(jì)算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過盈量，計(jì)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(jì)算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。 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(jì)算。基于電磁場(chǎng)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(jì)算了磁力軸承的線性支承剛度，在對(duì)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(dòng)力學(xué)方程，采用有限元法計(jì)算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計(jì)算方法設(shè)計(jì)的1臺(tái)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(jì)，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(gè)槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個(gè)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(zhǎng)的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)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(chǎng)路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對(duì)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(jì)算對(duì)高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計(jì)算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對(duì)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(cè)定。然后采用場(chǎng)路耦合的方法，分析計(jì)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(jì)算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測(cè)量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)波形。通過與仿真結(jié)果的對(duì)比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計(jì)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(jì)方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)鐵耗一直是困擾電機(jī)設(shè)計(jì)者的一個(gè)難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測(cè)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算電機(jī)齒部和軛部由基波磁場(chǎng)造成的損耗，對(duì)于計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差通過經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來修正。這種方法對(duì)于已經(jīng)長(zhǎng)期制造和使用的電機(jī)而言勉強(qiáng)適用，對(duì)于近年來發(fā)展很快的永磁電機(jī)、高速電機(jī)和其他新結(jié)構(gòu)電機(jī)，由于缺乏合適的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，導(dǎo)致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經(jīng)證明電機(jī)的鐵耗有相當(dāng)一部分是由旋轉(zhuǎn)磁化導(dǎo)致的，因此顧及旋轉(zhuǎn)磁化的電機(jī)鐵耗計(jì)算模型是本文的一個(gè)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(jì)算和測(cè)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(jì)算系數(shù)。本文提出并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛潑斯坦方圈測(cè)試系統(tǒng)，它可以測(cè)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(cè)試系統(tǒng)中對(duì)硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進(jìn)行了測(cè)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(jī)鐵耗計(jì)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(shí)際電機(jī)的計(jì)算和測(cè)試，表明軌跡法的計(jì)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(fù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)電機(jī)等特點(diǎn)。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗(yàn)證本文提出的鐵耗計(jì)算模型，本文成功地設(shè)計(jì)和制造了一臺(tái)采用軟磁復(fù)合材料的爪極式永磁電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過三維有限元分析，對(duì)該電機(jī)的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計(jì)算提出了計(jì)算方法。對(duì)該種電機(jī)的熱分析，本文提出了熱網(wǎng)絡(luò)法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機(jī)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(chǎng)和熱場(chǎng)模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計(jì)算得到的各單元鐵耗直接耦合進(jìn)熱場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，得到了電機(jī)準(zhǔn)確的溫度分布。本文還進(jìn)行了高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長(zhǎng)度和軸承位置，使轉(zhuǎn)子的自然共振頻率遠(yuǎn)離電機(jī)的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測(cè)試平臺(tái)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了發(fā)電機(jī)狀態(tài)測(cè)試，并通過假轉(zhuǎn)子法測(cè)量了電機(jī)鐵耗，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文所用方法的可行性，得到的結(jié)論對(duì)軟磁復(fù)合材料的應(yīng)用及爪極式電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析都具有很好的參考價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-06-27
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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高速永磁無刷直流電機(jī)應(yīng)用前景越來越廣闊，有較大的研究?jī)r(jià)值，對(duì)其電磁性能進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和設(shè)計(jì)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機(jī)，尤其是高速永磁電機(jī)的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)和樣機(jī)制造和實(shí)驗(yàn)等做了大量的工作： 對(duì)電機(jī)的磁路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)：從磁路結(jié)構(gòu)入手，分析了定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體的各種結(jié)構(gòu)優(yōu)劣及其選型、選材的根據(jù)；講述了場(chǎng)路結(jié)合的分析計(jì)算方法；給出了極數(shù)、槽數(shù)、繞組、轉(zhuǎn)子參數(shù)、定子參數(shù)和軸承的參數(shù)確定方法。 對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的電路進(jìn)行分析：從電機(jī)磁場(chǎng)分析入手，根據(jù)齒磁通分析計(jì)算了電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；根據(jù)此電動(dòng)勢(shì)的波形，推導(dǎo)了三相六狀態(tài)控制時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的電路計(jì)算模型，重點(diǎn)推導(dǎo)了電動(dòng)勢(shì)平頂寬度小于120度電角度時(shí)的電路模型，指出換相前電流波形出現(xiàn)尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對(duì)高速電機(jī)性能的影響；給出了基于能量攝動(dòng)法計(jì)算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的損耗尤其是鐵耗較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來計(jì)算鐵耗的傳統(tǒng)方法已顯得力不從心，如何準(zhǔn)確計(jì)算高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的鐵耗是困擾電機(jī)工作者的一個(gè)難題，本文根據(jù)Bertotti鐵耗分立計(jì)算模型，進(jìn)一步推導(dǎo)了考慮電機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁化對(duì)鐵耗的影響的鐵耗計(jì)算模型，其各項(xiàng)損耗系數(shù)是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數(shù)據(jù)通過回歸計(jì)算得到。通過實(shí)際電機(jī)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，表明此計(jì)算模型有較高的準(zhǔn)確度。隨著電機(jī)內(nèi)損耗的增大，溫升也是一個(gè)重要問題，為了了解電機(jī)內(nèi)的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網(wǎng)絡(luò)法永磁無刷直流電機(jī)的溫升計(jì)算模型，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行了溫升計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機(jī)的電磁計(jì)算方法，建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)的效率進(jìn)行了優(yōu)化，給出了優(yōu)化算例，并做出樣機(jī)，通過對(duì)優(yōu)化前后的方案做出樣機(jī)并進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化后測(cè)量損耗有了較大的減小。 對(duì)永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究：位置檢測(cè)技術(shù)、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統(tǒng)換相角問題，它們都對(duì)電機(jī)的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機(jī)中的安裝應(yīng)用；功率管壓降對(duì)起動(dòng)電流、功率的影響問題；控制系統(tǒng)提前或滯后換相對(duì)電機(jī)電流，輸出性能的影響，提出適當(dāng)提前換相有利于電機(jī)出力。 做出永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要包括高速永磁無刷直流電機(jī)、內(nèi)置式永磁無刷直流電機(jī)、高壓永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)、性能分析、樣機(jī)制作、實(shí)驗(yàn)分析等。建構(gòu)了對(duì)樣機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)測(cè)試、電動(dòng)機(jī)測(cè)試、損耗測(cè)量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過在測(cè)試時(shí)使用假轉(zhuǎn)子的方法成功分離出了電機(jī)鐵耗和機(jī)械損耗，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本一致。 總之，通過對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)理論和分析方法，并通過樣機(jī)的制造和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步的驗(yàn)證了這些理論和方法的準(zhǔn)確性，這對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有很好的參考價(jià)值。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 性能分析
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無刷直流電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)主要問題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)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(zhǎng)度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)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(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對(duì)轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)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(zhǎng)度對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)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(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)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(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場(chǎng)影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對(duì)解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)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(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)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(zhǎng)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(jī)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(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)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(duì)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(guān)，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，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(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)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(dǎo)率的包裹材料對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場(chǎng)的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)抵消了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)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(duì)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(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無刷直流電機(jī)，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(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題。對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：?jiǎn)味耸捷S承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)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(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)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(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計(jì)算繞組反電勢(shì)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(jiǎn)化的暫態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
上傳用戶：zl123!@#
近年來，以電池作為電源的微電子產(chǎn)品得到廣泛使用，因而迫切要求采用低電源電壓的模擬電路來降低功耗。目前低電壓、低功耗的模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)正成為微電子行業(yè)研究的熱點(diǎn)之一。 在模擬集成電路中，運(yùn)算放大器是最基本的電路，所以設(shè)計(jì)低電壓、低功耗的運(yùn)算放大器非常必要。在實(shí)現(xiàn)低電壓、低功耗設(shè)計(jì)的過程中，必須考慮電路的主要性能指標(biāo)。由于電源電壓的降低會(huì)影響電路的性能，所以只實(shí)現(xiàn)低壓、低功耗的目標(biāo)而不實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的性能(如高速)是不大妥當(dāng)?shù)摹?論文對(duì)國(guó)內(nèi)外的低電壓、低功耗模擬電路的設(shè)計(jì)方法做了廣泛的調(diào)查研究，分析了這些方法的工作原理和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在吸收這些成果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)3.3 V低功耗、高速、軌對(duì)軌的CMOS/BiCMOS運(yùn)算放大器。在設(shè)計(jì)輸入級(jí)時(shí)，選擇了兩級(jí)直接共源一共柵輸入級(jí)結(jié)構(gòu)；為穩(wěn)定運(yùn)放輸出共模電壓，設(shè)計(jì)了共模負(fù)反饋電路，并進(jìn)行了共模回路補(bǔ)償；在偏置電路設(shè)計(jì)中，電流鏡負(fù)載并不采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)共源-共柵結(jié)構(gòu)，而是采用適合在低壓工況下的低壓、寬擺幅共源-共柵結(jié)構(gòu)；為了提高效率，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了推挽共源極放大器作為輸出級(jí)，輸出電壓擺幅基本上達(dá)到了軌對(duì)軌；并采用帶有調(diào)零電阻的密勒補(bǔ)償技術(shù)對(duì)運(yùn)放進(jìn)行頻率補(bǔ)償。 采用標(biāo)準(zhǔn)的上華科技CSMC 0.6μpm CMOS工藝參數(shù)，對(duì)整個(gè)運(yùn)放電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過了HSPICE軟件進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，當(dāng)接有5 pF負(fù)載電容和20 kΩ負(fù)載電阻時(shí)，所設(shè)計(jì)的CMOS運(yùn)放的靜態(tài)功耗只有9.6 mW，時(shí)延為16.8ns，開環(huán)增益、單位增益帶寬和相位裕度分別達(dá)到82.78 dB，52.8 MHz和76°，而所設(shè)計(jì)的BiCMOS運(yùn)放的靜態(tài)功耗達(dá)到10.2 mW，時(shí)延為12.7 ns，開環(huán)增益、單位增益帶寬和相位裕度分別為83.3 dB、75 MHz以及63°，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： CMOSBiCMOS 低壓 低功耗
上傳時(shí)間： 2013-06-29
上傳用戶：saharawalker
高速電路設(shè)計(jì)實(shí)踐,主要是相對(duì)硬件線路設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：bruce5996
隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像處理技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)方面都得到了廣泛的運(yùn)用。與此同時(shí)，人們對(duì)圖像處理的要求也越來越高。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理器件主要有專用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Process）。進(jìn)入20世紀(jì)以來，伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA以其應(yīng)用靈活、集成度高、功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)周期短、開發(fā)成本低的特點(diǎn)，越來越多地被應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域。大量實(shí)踐證明，F(xiàn)PGA的并行處理能力與流水線作業(yè)能顯著地提高圖像處理的速度，因此基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景。 本文研究的是一個(gè)在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)下的圖像預(yù)處理子系統(tǒng)。首先實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用可重復(fù)配置的圖像處理算法研究硬件平臺(tái)，完成圖像的采集、接收、處理、存儲(chǔ)、輸出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重復(fù)配置性，所以該架構(gòu)的硬件平臺(tái)可以很方便的升級(jí)和重復(fù)配置。其次在該平臺(tái)上，本文使用Verilog HDL硬件語言在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了多種圖像預(yù)處理算法。在實(shí)現(xiàn)過程中，為了充分發(fā)揮FPGA在并行處理方面的強(qiáng)大功能，本文對(duì)算法做了一定的改進(jìn)，使其盡量能使用并行處理的方式來完成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本圖像預(yù)處理系統(tǒng)能在毫秒級(jí)高速地完成多種圖像算法，完全能夠滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)50幀/秒的輸出要求。 最后根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的噪聲類型多樣化的情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于反饋理論的圖像處理效果控制模塊。該模塊能通過對(duì)處理后圖像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA對(duì)下一幅圖像的噪聲采用更有針對(duì)性的圖像處理方法。
上傳時(shí)間： 2013-05-20
上傳用戶：gundamwzc
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速度、精度、易操作性以及實(shí)時(shí)性的要求也在不斷地提高。通用串行總線USB作為一種新型的微機(jī)總線接口規(guī)范，以其使用方便、易于擴(kuò)展、速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，開發(fā)周期較短，適合于實(shí)時(shí)信號(hào)處理，已被廣泛應(yīng)用于通信、數(shù)據(jù)采集、圖像處理等諸多領(lǐng)域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于USB2.0技術(shù)和FPGA技術(shù)相結(jié)合的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 @@ 首先，對(duì)數(shù)據(jù)采集基本理論及系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單地介紹。 @@ 其次，對(duì)以ADC轉(zhuǎn)換器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)為控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，簡(jiǎn)稱FX2)為主的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和分析，并在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖、PCB。硬件設(shè)計(jì)主要包括FPGA與ADC和FX2之間的接口電路設(shè)計(jì)以及硬件邏輯設(shè)計(jì)。 @@ 再次，根據(jù)系統(tǒng)需求，對(duì)系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分三部分：一是為滿足FX2在USB上的最大傳輸速率而編寫的固件程序；二是在PC機(jī)中的WindowsXP系統(tǒng)下利用GPD編寫USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；三是充分了解FX2的主要功能特點(diǎn)，并編寫出應(yīng)用程序。 @@ 最后，對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了調(diào)試，給出了調(diào)試結(jié)果和分析，對(duì)出現(xiàn)的問題給出了解決方案。結(jié)果表明，系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。 @@關(guān)鍵詞：USB2.0；FPGA；SOPC；數(shù)據(jù)采集；固件；
上傳時(shí)間： 2013-06-21
上傳用戶：cath
矩陣運(yùn)算是描述許多工程問題中不可缺少的數(shù)學(xué)關(guān)系，矩陣運(yùn)算具有執(zhí)行效率好、速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著動(dòng)態(tài)可配置技術(shù)的發(fā)展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)楦咚龠\(yùn)算應(yīng)用提供技術(shù)支持。 為了提高研究成果的實(shí)用性與商用性，本文主要針對(duì)某種體積小、運(yùn)算速度和性能要求很高的特殊場(chǎng)合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的矩陣運(yùn)算功能。通過系統(tǒng)地研究FPGA功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、DSP接口、IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)浮點(diǎn)數(shù)及矩陣的基礎(chǔ)運(yùn)算以及硬件編程語言等內(nèi)容，根據(jù)矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，討論了硬件設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)對(duì)具體核心器件結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及有關(guān)FPGA的設(shè)計(jì)流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內(nèi)容，確定了基于FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算及矩陣運(yùn)算單元的Verilog HDL設(shè)計(jì)方法，在Quartus II平臺(tái)上對(duì)其仿真、記錄運(yùn)算結(jié)果，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了深入分析與總結(jié)。 本設(shè)計(jì)通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，證明了本設(shè)計(jì)中矩陣運(yùn)算速率的實(shí)用性與高效性，提高了系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
上傳用戶：xuanjie
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