本課題是國家自然科學(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(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(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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勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)同步發(fā)電機(jī)乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜，對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性提出了更高的要求。本文根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的國內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，研究開發(fā)了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發(fā)電機(jī)DSP勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。 本文首先介紹了數(shù)字勵(lì)磁的發(fā)展歷程、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，然后介紹了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)，提出了基于數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案。 在詳細(xì)解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎(chǔ)上，提出了勵(lì)磁系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法；完成了IGBT勵(lì)磁裝置主回路和 IGBT 保護(hù)及驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)；進(jìn)行調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)和高速的實(shí)時(shí)處理能力，用單片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)保護(hù)等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵(lì)磁控制器的硬件結(jié)構(gòu)，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了勵(lì)磁控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的仿真模型。仿真結(jié)果表明，采用 TMS320F2812的同步發(fā)電機(jī)IGBT勵(lì)磁系統(tǒng)具有響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)靈敏、控制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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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，有較大的研究價(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：單端式軸承支撐結(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
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磁通反向電機(jī)(FRM)是一種新型的雙凸極永磁(DSPM)電機(jī),它把高磁能的永磁體放在定子極的表面,永磁體易于安裝.隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),FRM定子繞組所交鏈的永磁磁通改變極性,這意味著比磁通脈振產(chǎn)生更大的磁通變化.由于FRM的繞組利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小及適于高速運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域.本文將從模型建立、分析方法、性能分析等方面對(duì)該電機(jī)進(jìn)行深入研究.首先,為了解FRM基本理論和掌握其基本規(guī)律,寫出FRM的基本方程式;由于電機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)以及飽和和非線性的影響,整個(gè)系統(tǒng)為一強(qiáng)非線性系統(tǒng).對(duì)該電機(jī)作適當(dāng)簡化,建立其線性數(shù)學(xué)模型,這樣有利于對(duì)FRM的定性分析,弄清其內(nèi)部的基本電磁關(guān)系和基本特性.討論了繞組電感、繞組磁鏈、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及繞組電流、電磁轉(zhuǎn)矩等靜態(tài)特性,推導(dǎo)出FRM的功率密度計(jì)算公式.其次,為準(zhǔn)確計(jì)算FRM性能,要考慮磁路飽和、鐵磁材料的非線性以及永磁磁場(chǎng)與電樞反應(yīng)磁場(chǎng)之間的相互影響等因素,要建立FRM的非線性模型,提出用變網(wǎng)絡(luò)等效磁路法進(jìn)行分析.具體方法是建立FRM的非線性變網(wǎng)絡(luò)等效磁路模型,推導(dǎo)等效磁路中各部分磁導(dǎo)的計(jì)算公式,用節(jié)點(diǎn)磁位法建立相應(yīng)的方程,通過求解該非線性等效磁路方程,得到磁路各部分的磁通分布,進(jìn)一步求得靜態(tài)特性,計(jì)算出電磁參數(shù).然后用FRM樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論分析的正確性.樣機(jī)的理論分析結(jié)果同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較表明,本文所介紹的FRM變網(wǎng)絡(luò)等效磁路模型具有較好的精度及通用性,基于等效磁網(wǎng)絡(luò)模型的FRM電磁計(jì)算是可行的,計(jì)算結(jié)果是正確的.最后對(duì)磁通反向汽車發(fā)電機(jī)的功率密度進(jìn)行分析.導(dǎo)出了磁通反向汽車發(fā)電機(jī)功率密度的計(jì)算公式,分析了影響電機(jī)功率密度的因素,并與電勵(lì)磁汽車發(fā)電機(jī)進(jìn)行了比較.
標(biāo)簽： 磁通 反向電機(jī) 數(shù)學(xué)模型 性能分析
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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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(jìng)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(shì)，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(cè)轉(zhuǎn)子位置的方案成為開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)象具有高度非線性和不確定性時(shí)，僅靠PID調(diào)節(jié)效果不好。對(duì)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(shí)的SRM單神經(jīng)元PID自適應(yīng)控制新方法。該方法針對(duì)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(shí)構(gòu)造了一個(gè)RBF網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線辨識(shí)，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(yàn)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(shí)的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制能夠達(dá)到在線辨識(shí)在線控制的目的，控制精度高，動(dòng)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(shí)間： 2013-04-24
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開關(guān)磁阻電機(jī)是電機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，既具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)，耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了良好的可控性能，目前己經(jīng)在多個(gè)工業(yè)部門得到應(yīng)用。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。本論文在對(duì)前人成果的廣泛了解和研究基礎(chǔ)上，以philip公司生產(chǎn)的LPC2101為主控芯片，充分利用其高速運(yùn)算能力和面向電機(jī)控制的高效控制能力，設(shè)計(jì)并制作了SRM控制器與系統(tǒng)軟件。本文以開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速控制策略及其控制實(shí)現(xiàn)方法為主要研究內(nèi)容，對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、功率變換器技術(shù)、控制策略、控制方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了全面深入的研究。 全文的研究工作分為五個(gè)部分，第一部分介紹了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及基本工作原理，綜述了開關(guān)磁阻電機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、特點(diǎn)及研究動(dòng)向，總結(jié)了開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)存在的技術(shù)問題，提出了本文的研究目的和主要研究內(nèi)容。 第二部分引用并討論了SR電動(dòng)機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)線性數(shù)學(xué)模型，然后基于此重點(diǎn)分析了與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性密切相關(guān)的相電流波形與轉(zhuǎn)子角位移的函數(shù)關(guān)系，最后根據(jù)課題所關(guān)心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在理論分析的基礎(chǔ)上提出了SR電動(dòng)機(jī)控制方案并進(jìn)行了原理性分析，對(duì)SR電動(dòng)機(jī)各個(gè)運(yùn)行階段的特點(diǎn)進(jìn)行分析并初步提出控制方案。 第三部分對(duì)SR電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說明，主要包括以LPC2101為核心的控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，根據(jù)SR電機(jī)的控制特點(diǎn)，盡可能地開發(fā)了LPC2101的硬件資源和軟件資源，使控制系統(tǒng)具有很高的控制精度和靈活性，然后對(duì)功率變換器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制作，分析了各種主電路形式的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了新型IGBT功率管作為主開關(guān)元器件，使功率變換器結(jié)構(gòu)得到簡化，設(shè)計(jì)了IGBT的功率驅(qū)動(dòng)電路，并專門設(shè)計(jì)了電壓鉗位電路和諸如過壓、過流保護(hù)等保護(hù)單元，保證了整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，然后分析了SR電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)位置傳感器檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、電流及電壓斬波電路設(shè)計(jì)、電流檢測(cè)及保護(hù)電路設(shè)計(jì)等。 第四部分主要介紹了系統(tǒng)的總體控制思想，分析了各個(gè)運(yùn)行階段的控制策略，對(duì)控制策略的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并給出了軟件實(shí)現(xiàn)的具體流程圖，直觀地體現(xiàn)了軟件編程思想。最后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究及分析。目前，該控制系統(tǒng)已調(diào)試完畢，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。 本文對(duì)以ARM為控制核心的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，得出了基于有位置傳感器檢測(cè)的控制方案。針對(duì)SR電機(jī)的控制特點(diǎn)，充分利用了ARM的硬件資源，采用PID數(shù)字調(diào)節(jié)，發(fā)出相通斷信號(hào)和PWM信號(hào)，并和電流、電壓等保護(hù)信號(hào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)主功率元件的通斷控制。并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的外圍硬件檢測(cè)、保護(hù)、控制及人機(jī)接口電路，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高；系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)，采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可讀性及可維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)了一種電壓斬波和電流斬波控制相結(jié)合的控制方式;結(jié)合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，開發(fā)了相應(yīng)的軟件模塊，使系統(tǒng)具有完善的保護(hù)和控制性能。 本系統(tǒng)經(jīng)過試驗(yàn)，調(diào)速范圍可達(dá)100～2000轉(zhuǎn)/分，效率較高，性能優(yōu)良，驗(yàn)證了控制思想和控制方法的正確性。
標(biāo)簽： ARM 開關(guān)磁阻 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文介紹了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive, SRD)的發(fā)展概況、系統(tǒng)構(gòu)成以及目前的研究熱點(diǎn)。 關(guān) 鍵 詞: 開關(guān)磁阻電機(jī) 研究熱點(diǎn) Abstract:In this paper, development, construction and research focus of Switched Reluctance Drive were introduced. Keywords: Switched Reluctance Motor Research focus 1 發(fā)展簡介 開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor, SRM)最早可以追溯到1970年，英國Leeds大學(xué)步進(jìn)電機(jī)研究小組首創(chuàng)一個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)雛形。到1972年進(jìn)一步對(duì)帶半導(dǎo)體開關(guān)的小功率電動(dòng)機(jī)(10w～1kw)進(jìn)行了研究。1975年有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，并一直發(fā)展到可以為50kw的電瓶汽車提供裝置。1980年在英國成立了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有限公司(SRD Ltd.)，專門進(jìn)行SRD系統(tǒng)的研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)。1983年英國(SRD Ltd.)首先推出了SRD系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品命名為OULTON。1984年TASC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)公司也推出了他們的產(chǎn)品。另外SRD Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，到1986年已運(yùn)行500km。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，在電氣傳動(dòng)界引起不小的反響。在很多性能指標(biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過了工業(yè)中長期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。下表是當(dāng)時(shí)對(duì)幾種常用變速傳動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)所作的比較。成本 1.0 1.5 1.0 美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家也都開展了SRD系統(tǒng)的研制工作。在國外的應(yīng)用中，SRD一般用于牽引中，例如電瓶車和電動(dòng)汽車。同時(shí)高速性能是SRD的一個(gè)特長的方向。據(jù)報(bào)道，美國為空間技術(shù)研制了一個(gè)25000r/min、90kW的高速SRD樣機(jī)。我國大約在1985年才開始對(duì)SRD系統(tǒng)進(jìn)行研究。SRD系統(tǒng)的研究已被列入我國中、小型電機(jī)“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項(xiàng)目。華中科技大學(xué)開關(guān)磁阻電機(jī)課題組在“九五”項(xiàng)目中研制出使用SRD的純電動(dòng)轎車，在“十五”項(xiàng)目中將SRD應(yīng)用到混合動(dòng)力城市公交車，均取得了較好的運(yùn)行效果。紡織機(jī)械研究所將SRD應(yīng)用于毛巾印花機(jī)、卷布機(jī)，煤礦牽引及電動(dòng)車輛等，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 從上世紀(jì)90年代國際會(huì)議的上有關(guān)SRD系統(tǒng)的文章來看，對(duì)SRD系統(tǒng)的研究工作已經(jīng)從論證它的優(yōu)點(diǎn)、開發(fā)應(yīng)用階段進(jìn)入到設(shè)計(jì)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)研究階段。對(duì)SR電機(jī)、控制器、功率變換器等的運(yùn)行理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行了更加深入的研究。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機(jī) 發(fā)展 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 講座
上傳時(shí)間： 2013-10-11
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壓電陶瓷換能器在醫(yī)學(xué)超音波儀器的應(yīng)用
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深圳森霸光電公司 光敏傳感器系列
標(biāo)簽： 光敏傳感器
上傳時(shí)間： 2013-05-16
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