永磁無刷直流電動機具有慣量小、控制簡單、動態性能好等優良特性，因此在航天、機器人、數控機床等許多領域得到了廣泛應用。無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統要求較高的場合，近年來在國內也引起了廣泛的興趣。本課題針對輪式機器人，設計了無刷直流電動機并設計相應控制系統。 首先，本課題分析了機器人用無刷直流電動機的組成結構、繞組連接，并對三相無刷直流電動機星角接工作方式進行比較，按照無刷直流電動機兩種模式運行、多極分數槽等特點進行局部設計。最終以爬坡時狀態為參考，經過多次計算得到無刷直流電動機的初始設計方案。 其次，為了提高設計的可靠性及設計成本，本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來對所設計的電磁設計方案進行驗證。應用Maxwell 2D軟件進一步對設計方案進行分析和校驗，以校核仿真結果參數能否與設計方案相吻合。 最后設計了無刷直流電動機的PIC單片機控制系統并對無刷直流電動機進行系統仿真。控制系統CPU采用PIC16F877單片機，它能夠提供最佳的性能價格比。系統采用IGBT 專用柵極驅動集成電路IR2130，來控制系統主電路。系統仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件，檢驗所設計電機在系統中的性能。 結論，本課題主要包括五部分：無刷直流電動機繞組連接分析，初始數據方案設計，Maxwell對電磁設計方案進行驗證，設計PIC單片機控制系統，應用MATLAB對電機控制系統進行仿真。通過這五部，本文完成了輪式機器人用無刷直流電動機進行設計及相應控制系統的設計。
上傳時間： 2013-07-28
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隨著工業電力電子技術的發展，電力系統中的非線性負載越來越多，由此帶來的諧波公害越來越嚴重。應用現代技術對諧波等進行經濟、有效地補償是目前急待解決的重要問題之一。消除諧波的方法是加裝濾波裝置。對高壓大容量諧波源國內外目前主要是采用LC諧振型無源濾波器(PassivePowerFilter，PF)，這些濾波器還兼有無功和負序補償功能。盡管PF具有初期投資小、運行效率高等優點，但其濾波效果受電力系統阻抗的影響較大，且只能消除特定次數的諧波，對于諧波次數經常變化的負載濾波效果不好，還可能與系統發生串聯、并聯諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。進入80年代以后，隨著有源濾波技術的不斷深入和用戶對諧波問題的重視，以及電力電子技術的飛速發展，大功率可關斷器件(GTR，GTO，IGBT等)的不斷進步，有源電力濾波器(ActivePowerFilter，APF)作為抑制電網諧波、補償供電系統無功功率的新型電力電子裝置得到迅速發展，其中又以并聯型有源電力濾波器的使用最為廣泛。 本文以并聯型注入式混合有源濾波器為基礎，就其設計與應用的幾項重要技術進行了研究，論文主要包括以下幾個方面的內容： 1.就國內外有源濾波器的研究現狀和發展概況作了較為全面的綜述，介紹了目前研究的熱點與難點。 2.研究了各型有源濾波器的基本拓撲結構和運行原理，分析了其各自的優缺點。 3.提出了一種適合大容量工程應用的混合型濾波器結構，結合工程實際完成了各組成部分的參數設計。 4.對各種諧波檢測算法進行了比較研究，提出了一種準確性較高、延時較短的新型檢測方法。 5.就APF中逆變器的PWM調制問題，提出了一種基于新的改進規則采樣法的死區補償方法。
上傳時間： 2013-07-06
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v無刷直流電動機具有結構簡單、可靠性高、維護方便、運行效率高和調速性能好等優點，隨著微處理器技術、電力電子技術、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發展，得到越來越廣泛的應用。無刷直流電動機采用無位置傳感器控制，電動機結構更加簡單，應用范圍擴大，相對于有位置傳感器控制優勢明顯。本論文圍繞無刷直流電動機的無位置傳感器控制進行較為系統和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發，在分析無刷直流電動機結構和工作原理的基礎上，建立了無刷直流電動機的數學模型，為分析無刷直流電動機無位置傳感器控制奠定基礎。 其次，根據無刷直流電動機反電勢過零檢測原理，對反電勢過零檢測法的各種實現方法進行研究，比較各種實現方法的優缺點，指出它們的適用范圍。在此基礎上，給出帶通濾波法及其簡化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢三次諧波的方法。論文將直流電源負端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對無刷直流電動機無位置傳感器控制中的關鍵問題-起動方法進行研究，在詳細分析“三段式”起動方法的實現過程的基礎上，給出了從外同步到自同步平穩切換的條件。論文在研究無刷直流電動機無位置傳感器控制換相方法的基礎上，提出了一種新的換相方法，提高了電動機運行平穩性和系統穩定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無需對三次諧波積分即可得到換相時刻。 濾波器是反電勢法中反電勢過零檢測電路的重要組成部分。論文在分析無刷直流電動機端電壓信號特點的基礎上，給出濾波電路的技術要求，根據濾波器基本設計原理，分別對一階RC無源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進行電路設計和參數計算，并通過實驗驗證理論分析和仿真結果。這些為通過檢測反電勢過零點獲得可靠的換相信號創造了條件。 論文還分析了無刷直流電動機無位置傳感器控制中產生轉子位置檢測誤差的原因，提出了相應的校正方法。通過分析無刷直流電動機的換相過程，建立了換相狀態的等效電路和數學模型，研究了轉子位置誤差引起的電動機超前、滯后換相現象，及其由此產生的非導通相環流，在理論分析的基礎上，進行了仿真計算，并與實驗結果對照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設計和提高控制系統的可靠性方面具有重要作用。論文構建了由IGBT組成的簡化逆變器模型，并進行仿真研究。針對不同的開關頻率和柵極電阻，定量計算了IGBT開關過程中各階段的功率損耗，給出了變化規律，對逆變器的設計具有重要的指導意義。最后，論文研制了基于反電勢過零檢測法的無位置傳感器無刷直流電動機控制系統，控制系統由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾波電路、控制電源電路、反電勢過零檢測電路、驅動和逆變電路以及保護電路等，控制軟件包括電動機起動模塊(包括定位、加速、切換)、電動機運行控制模塊(包括過零檢測及校正、換相)和各保護功能模塊。對系統進行了調試，并對論文中所分析和提出的各種方法進行了相關的實驗研究，給出了實驗結果。
上傳時間： 2013-06-06
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隨著電力電子裝置的廣泛應用,人們對電能變換的控制能力日益提高.但這些非線性裝置所產生的無功和諧波污染也給電網帶來越來越嚴重的危害.研究有源電力濾波器以補償電力電子裝置所引起的無功和諧波污染已成為電力電子應用技術中的一個重大研究課題. 本文主要研究一種基于DSP控制的運用于高壓電力系統的新型大容量補償裝置,它結合了有源濾波器(APF)和靜止無功補償發生器(SVG),的優點,在抑制電網諧波的同時進行無功補償. 傳統補償裝置主要采用模擬控制.但模擬控制存在電路復雜、控制性能差、易受環境干擾等缺點.本文提出以TI公司TMS320LF2407高速處理器為核心的數字控制系統.更重要的是,該補償裝置使用的電抗和電容元件比傳統SVC中的電抗器和電容元件小.大大縮小了裝置的體積和成本. 另外,由于補償裝置中IGBT模塊的額定工作電壓的限制,若要將其運用于高壓系統需要連接特殊的升壓變壓器,成本較高.如果能夠借助一些輔助的外電路解決功率器件串聯工作時的均壓問題,那么就可以省去升壓變壓器的投資,降低了成本.這也是本文的一個研究方向. 本文首先回顧了電力系統有源濾波和無功補償的發展情況,然后闡述了有源濾波和無功補償的工作原理和關鍵技術.在此基礎上,討論了電力系統有源濾波和無功補償裝置的硬件設計及軟件開發.最后,使用Matlab對系統進行了仿真并進行了實驗驗證.
上傳時間： 2013-07-09
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電動車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛，電動車無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在景區運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電機驅動及控制系統是電動汽車的核心，本文主要設計的是電動游覽車用異步電動機的驅動控制系統。 本文設計了以IGBT作為開關元器件的主電路結構，通過多次改進結構，并設計采用了具有硬件互鎖功能的驅動電路，進一步提高了主電路的可靠性。以TI公司生產的TMS320LF2407A芯片為系統控制核心，設計了控制電路以及保護電路；編寫了以矢量控制作為核心算法、空間電壓矢量控制作為PWM控制方式的控制程序。通過研究單神經元矢量控制的原理，進行了仿真，驗證了單神經元矢量控制具有更好的快速性、魯棒性和自適應性。 通過大量的實驗和實際現場裝車調試證明，本文設計的異步電動機控制系統可靠性高，動態性能良好，控制簡單，適合在蓄電池供電的逆變器應用場合(電動車)。
上傳時間： 2013-04-24
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同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能，在大功率電氣傳動領域獨占螯頭。同步電機雖然有很多優點，但它的最大缺點是起動困難。目前，大功率同步電機的軟起動大多采用靜止變頻器起動方式，但由于變頻器多采用晶閘管作為功率器件從而要依靠電動機產生的反電勢才能自行關斷并且輔助設備較多。而一旦逆變器換流失敗就會導致電動機起動失敗。針對晶閘管不能自行關斷的缺點，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉速開環恒壓頻比控制的起動方法。 @@ 首先，根據同步電動機的工作原理對同步電動機的起動特性進行了詳細分析，并對全壓異步起動方法進行了仿真研究，得出了起動過程中電動機相電流、電磁轉矩等參數的變化曲線。針對異步起動過程中定子繞組產生過大沖擊電流的問題，提出了逐級變頻的轉速開環恒壓頻比控制同步電動機軟起動方法。闡述了逐級變頻開環控制同步電動機軟起動的原理，即通過逐級改變變頻器輸出頻率使轉子轉速跟隨定子旋轉磁場轉速逐級升高至額定值。推導出起動過程中變頻器逐級變化的頻率與電動機轉動慣量、電磁轉矩等參數的關系式。通過對一臺同步電動機做工頻起動和低頻起動的仿真研究，證明了同步電動機在低頻下依靠同步電磁轉矩自行起動的可行性。通過計算轉子轉速達到相應同步轉速的時間來確定變頻器逐級升高的電壓頻率隨時間的變化規律。然后，在采用電壓型交直交變頻器作為同步電機變頻電源的基礎上，設計了恒壓頻比逐級變頻軟起動的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構建了轉速開環恒壓頻比控制同步電動機軟起動的數學模型，對同步電動機的起動過程進行仿真試驗，并且分別對空載起動和負載起動過程進行了分析。仿真結果驗證了轉速開環控制同步電動機軟起動的可行性。 @@ 針對同步電動機起動后的并網問題進行了理論分析，并研究了相應的并網控制方案。應用MATLAB/SIMULINK對并網過程進行仿真試驗，給出并網瞬間電網電壓、同步電機相電流等參數變化曲線，從而驗證了并網方案的可行性。 @@ 最后，對所做工作進行了總結，并展望了大功率同步電動機的軟起動技術。 @@關鍵詞：同步電動機；軟起動；變頻器；恒壓頻比
上傳時間： 2013-05-26
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本文介紹了埋弧焊的特點、發展過程、國內外的研究現狀；分析了軟開關逆變式主回路的優點、模擬電路控制系統和數字化控制系統的優缺點，指出數字化控制是逆變埋弧焊機控制的發展方向；對埋弧焊接工作原理和埋弧焊機控制系統進行分析，介紹了交流方波埋弧焊的優點；論述了變動送絲電弧控制系統的原理及影響因素，并且分析了變動送絲情況下焊接電弧的穩定性，為逆變式交流方波埋弧焊系統的設計提供了理論依據。 在分析傳統交流方波埋弧焊主回路的基礎上設計了主回路結構，對主回路中一次、二次逆變回路的軟開關工作方式進行分析并做了簡單仿真。IGBT是逆變電源的核心部件，文中論述了IGBT功率器件的選型和各種保護措施以保證系統的可靠工作。焊機工作發熱量很大，本文介紹了整機和關鍵器件的熱設計。 數字化控制方式是逆變埋弧焊機控制的發展方向，本文采用“MCU+DSP”的控制結構，對埋弧焊的整個焊接過程進行精確控制。文中詳細介紹了主控制板的設計思路和電源、電流與電壓反饋、控制芯片最小系統、通信與保護工作電路。焊機的工作中，各種干擾不可避免，對各種可能干擾分析的基礎上在硬件電路設計和PCB板的制作中采取了相應的抗干擾措施。軟件設計是焊接穩定進行的關鍵因素，文中介紹了控制系統中關鍵步驟的軟件設計思路和流程并在軟件的實現中采用抗干擾措施。 最后，對采用本控制系統的埋弧焊機進行初步實驗，結果表明本文所設計的埋弧焊機控制系統能夠滿足逆變埋弧自動焊的要求，具有電路簡單，控制精度高，抗干擾能力強、操作方便、工作穩定可靠等優點，提高了焊機的綜合性能及自動化程度。 本課題所設計的逆變式交流方波埋弧焊電源具有良好的輸出特性和控制性能，可滿足埋弧自動焊和手工焊的要求。采用交流方波的焊接波形、對焊接整個過程進行實時軟件控制，電弧穩定，焊接效果好。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；逆變；軟開關
上傳時間： 2013-06-08
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石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環境場合，其中的電站子系統由數臺柴油發電機組及其相應的控制系統構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統或SCR直流調速系統來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統和SCR直流傳動系統）對電力系統帶來諧波污染，尤其是對柴油發電機組小電網系統，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統的功率因數較低，也給小電網系統帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統為典型的多諧波源系統，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統，采用有源濾波器+動態無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統諧波進行的分析和計算，為兩系統諧波抑制的方案選型和系統優化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發電機組小電網供電系統的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統設計了動態無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的迅速發展，電力電子裝置正在向著高頻化、大容量、小體積的方向發展，其電磁環境也變得更為復雜，隨之帶來的輻射電磁干擾也日益嚴重。在電力電子裝置設計初期開展電磁兼容數值仿真和預測對解決復雜的電磁干擾問題意義重大。 本文介紹了國內外電力電子裝置電磁兼容的研究現狀。針對電力電子裝置電磁兼容的復雜性，討論了使用仿真軟件進行電力電子裝置電磁兼容分析的策略，主要面向電源印制電路板(PCB)、控制箱和變流器機柜全波電磁仿真的具體應用進行了研究。 首先對PCB電源板進行電磁兼容預測。采用軟件Protel99SE和CST微波工作室(R)(CST MICROWAVE STUDIO(R)，簡稱CST MWS(R))相結合進行分析，得到．PCB板的表面電流和電場分布圖。根據分布圖，分析電源板的輻射特性，提出提高PCB電磁兼容性的優化設計的設想，在PCB設計過程中加入對PCB電磁兼容性分析的場仿真，使PCB的電磁兼容分析有一個直觀的參照物，有助于指導PCB的布局布線，對PCB優化設計，提高產品性能有重要作用。根據仿真結果將PCB電源板近似等效成電偶極子模型。 其次應用CST MICROSTRIPESTM軟件計算控制箱的屏蔽效能，并在控制箱插入PCB電源板后進行輻射特性分析。 最后應用全波電磁仿真軟件CST MWS(R)對變流器機柜進行電磁輻射干擾瞬態仿真，分析過程中考慮到了IGBT的開關尖峰、線纜和易產生干擾的電子元器件以及整個機箱機柜。運用線性網絡理論對仿真結果進行標定，由此提出改進措施—采用unit cell和微擾理論設計屏蔽網，有效地抑制了電磁輻射。
上傳時間： 2013-04-24
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應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統，其輸出轉矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數關系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統，在這個系統上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結果表明，課題設計的系統以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統便于實現多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅動系統的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統關鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路，此驅動電路響應迅速、抗干擾性強，驅動性能優越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統的做了全面的總結，并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間： 2013-06-22
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