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變電站是電力系統的一個重要環節，它的運行情況直接影響到電力系統的可靠、經濟運行。一個變電站運行情況的優劣，在很大程度上取決于其二次設備的工作性能。現在的變電站有三種運行模式：一種是常規變電站，一種是部分實現微機管理、具有一定自動化水平的變電站，再有一種是實現無人值班、全面微機化的綜合自動化變電站。在常規變電站中，其繼電保護、中央信號系統、變送器、遠動及故障錄波裝置等所有二次設備都是采用傳統的分立式設備，而且站內配備大量控制、保護、記錄用屏盤。使裝備設置復雜，占地面積大，日常維護管理工作繁重。這種常規變電站的一個致命弱點是不具備自診斷能力，對二次系統本身的故障無法監測。因此，這種常規變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運行的可靠性及經濟性，一個最有效的方法就是提高變電站運行管理的自動化水平，實現變電站的綜合自動化，以微機化的新型二次設備取代傳統使用的分立式設備。開發集保護、控制、監測及遠動等功能為一體的新型設備，并實現設備共享、信息資源共享，使變電站設計簡捷、布局緊湊，運行更加可靠安全。 隨著微型計算機技術、集成電路技術的迅速發展，原來越多的新技術和新產品應用到變電站的二次設備中去，使變電站的二次設備得到不斷的更新換代。該項研究把一種新型的低壓電能量測量芯片與高性能的數字信號處理器(DSP)結合起來，利用DSP體積小、功能強、功耗低、速度快、性價比高等優點，設計出新型的變電站線路測控單元，實現對高壓線路的測量、監視和控制，這種新型的二次設備比傳統的二次設備具有更高的精度和更快的相應速度。 與此同時，網絡理論和技術的發展，也使變電站監控系統的結構發生了很大的變化，由原來的集中控制型逐步過渡到功能分散、模塊化的分散網絡型，通過現場總線，使主控室和現場之間的聯系變成了串行通信聯系，從而提高的系統的可靠性和可維護性。CAN總線應用于變電站的監控系統中，組成變電站的數據通信網絡，可以提高系統的抗干擾能力和容錯能力。 該文就以上的兩個方面進行研究和設計，主要內容包括：一是在簡單介紹新型電能測量芯片和DSP的基本知識的基礎上，提出了一個變電站測控單元的設計方案，并從從硬件和軟件兩個方面進行了詳細的介紹，主要部分是對測量模塊的設計；二是系統的通信接口模塊設計，從硬件和軟件方面詳細的介紹了通信模塊的三種不同的通信接口的設計，分別是RS-232串行通信、RS-485總線通信、CAN總線通信；三是在分析現代測控系統發展歷史，指出了現場總線測控系統的優越性；四是設計出的測控系統單元的基礎上，利用CAN現場總線構建變電站的綜合監控系統。 該文提出的方案、技術以及結論對于變電站監控系統和自綜合動化系統的研究開發、工程設計都具有實際的參考意義。
上傳時間： 2013-04-24
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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，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分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。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系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，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振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優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的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態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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本文針對我國當今大型倉庫、大型糧庫的監測與控制現狀，進行研究開發，采用較為實用和先進的單片微型機控制系統，運用溫度傳感器和濕度傳感器對溫度、濕度的敏感性設計了一種基于多級通訊總線的糧庫溫、濕度自動監測系統，主要包括通訊控制總站以及下位機的設計。操作人員可以通過向通訊控制總站發送命令，提取下位機溫、濕度數據，下位機實現溫、濕度檢測；同時可以查看歷史檢測數據，進行糧情分析和糧庫管理等一系列操作。 溫濕度的測量和控制系統通常被認為是一項較為簡單的控制技術，但是由于濕敏元件的穩定性差，壽命短等問題，實際應用系統中能正常運行的不多，除非建立有嚴格的管理制度，而且管理人員的綜合素質要達到一定的要求。所以，本文重點分析了濕敏傳感測量的機制，選型和技術措施。在研究了多種濕度傳感器性能的基礎上選用了合適的濕度傳感器，這是本設計的一個重點。本設計還有一個重點，用CPLD設計了一個模擬開關和顯示部分。 本設計研制的上位機采用PC機，通過RS-232接口與轉換器相連，轉換器通過RS-485總線連接下位機，實現監控室與現場的數據通信。每臺下位機位于各糧倉內，需要監測256路的溫、濕度信號，為了能實現共256路溫濕度的數據采集工作，本設計中用CPLD設計了一個模擬開關，每次只采集一路數據送入到單片機中去；另外，本設計的顯示部分也獨特的選用了CPLD來實現。正常情況下上位機每4小時向下位機發布一次檢測信號(同時在任何時刻也可監控某個糧倉的溫濕度情況)，下位機利用PICl6F877單片機來實現糧倉中128路溫度和128路濕度的測控。 該糧倉溫、濕度測控系統實用性強，成本低，數據傳輸效率高，可靠性好。它不儀可以應用于糧庫的監控管理，而且也可推廣到其他監控領域，因此具有廣泛的應用前景。
上傳時間： 2013-05-23
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由于干式變壓器的優良性能以及在特種場合下對干式變壓器的應用需求，當前我國干式變壓器市場空間廣闊，競爭激烈。但是目前國內許多干式變壓器生產廠家仍然停留在手工設計計算階段，設計的效率低、周期長、人工成本高。干式變壓器原材料的上漲，也加大了廠家的制作成本。以研究、開發實用性干式變壓器CAD系統為目的，本文對該集成軟件的系統分析及相應的實現技術進行了詳細的研究。 首先，在總結干式變壓器手工設計方法的基礎上，借鑒變壓器的通用優化設計模型，結合干式變壓器的特點，建立了干式變壓器的優化設計模型。以鐵芯直徑、窗高、內線圈匝數、外線圈電流密度、內線圈電流密度為變量，采用改進遺傳算法對其進行干式變壓器單機優化設計。該算法將模擬退火思想引入到遺傳算法的選擇機制中，解決了傳統遺傳算法過早收斂的問題。其與傳統遺傳算法優化結果對比表明：新的算法收斂性較好，優化效果較明顯，算法是成功的。并根據Appelbaum序貫分解法的基本思想，通過“共同變量”和“非共同變量”將系列中兼容的各規格變壓器聯系起來，得到系列變壓器優化設計的統一數學模型，然后使用改進后的遺傳算法對中小型干式變壓器中套用同一個機座的系列優化問題進行了探討，并在此基礎上建立了干式變壓器系列優化的軟件優化設計流程。 其次，在軟件設計方面選用C++程序設計語言，采用Visual Basic進行界面編寫，且運用ActiveX技術實現了VB與AutoCAD軟件的連接。該設計不但能夠對干式變壓器進行優化設計，并且添加了CAD制圖功能。本文對數據庫支撐的干式變壓器CAD系統進行了系統設計和研究，詳細探討了該集成軟件的實現技術。 最后，在各項性能指標都滿足國家標準要求的情況下，以SC9-50/10型號和SCB9-1250/10型號的干式變壓器為例進行單機優化，變壓器有效成本分別降低了2.83﹪和1.79﹪；以系列號SC9-50/10四個規格變壓器為例進行系列優化，分別按照不同的權重來進行系列優化設計，優化方案1時，總成本下降了3.26﹪；優化方案2時，總成本下降了3.1﹪。可見，達到了預期效果，干式變壓器成本有效降低。
上傳時間： 2013-07-23
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近年來，隨著永磁材料的發展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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選相控制開關又稱同步開關或相控開關，其實質就是控制開關在電壓或電流的期望相位完成合閘或分閘，以主動消除開關過程所產生的涌流和過電壓等電磁暫態效應，提高開關的開斷能力。本論文以電力系統的無功補償為背景，分析了隨機投切電容器組的暫態過程所帶來的各種危害，從而提出選相投切技術；本文以真空開關選相投切電容器組為研究對象，著重介紹了電容器組選相投切技術的相關理論，給出了電容器組選相投切的控制策略，為同步開關選相控制器的設計提供了理論依據。 雙穩態永磁機構結構簡單、動作穩定可靠，其出力特性能與真空開關良好匹配，在中壓領域得到越來越廣泛的應用。相控真空開關采用三相獨立操動的雙穩態永磁機構，其操作電源為由大功率電力電子器件控制的儲能大容量電容器，通過多次的測試結果表明雙穩態永磁機能很好地滿足相控開關的要求，是相控開關的理想選擇。 IPM(智能功率模塊)作為一種新型的大功率開關器件，以其設計簡單(內置驅動和保護電路)，低功耗，開關速度快等特點成為越來越多設計者的首選，得到了越來越廣泛的應用。本文討論了IPM在選相投切電容器組中的相關邏輯控制策略，光耦隔離驅動，IPM過流、過熱相關保護等內容，設計了以DSP(TMS320LF2407A)為核心的永磁機構同步控制系統，實時采集電網信號，經過FIR數字濾波提取零點，通過IPM控制大容量電容器放電來驅動永磁機構，實現斷路器在期望相位上分斷或關合以減小暫態沖擊，并保證儲能電容器的一次儲能完成一次完整的O-C-O操作。 通過相關試驗測試，表明本系統已經初步達到了設計所要達到的預期效果，為以后的研究以及同步控制控制系統的完善和優化提供了有益的經驗和參考。
上傳時間： 2013-04-24
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電動油泵在國外高中檔汽車中已有廣泛應用，在國內，一些國產汽車也開始使用電動燃油泵，目前油泵電機普遍采用有刷直流電機，從而帶來壽命短、可靠性低、EMC性能差等不利影響。本論文基于實際需要，采用Magneforce/BIDC軟件，設計了一臺無刷直流電機油泵電機代替原有有刷直流電機，以期改善原有電動油泵的運行性能，提高可靠性，延長使用壽命。文中給出了兩種滿足性能指標的方案，并對它們的工作特性及額定運行性能作了比較。并就其中一種方案(四極六槽結構)研究了磁鋼極弧寬度、超前導通角對電機性能的影響，以及一系列設計參數對定位轉矩的影響。之后，論文采用了ANSOFT/MAXWELL軟件對樣機進行了磁場分析，得出了樣機在一個電周期內空載和負載時的磁場分布規律。另外論文采用了ANSYS軟件，分析了樣機的溫度場分布。 為了進一步分析無刷直流油泵電機的可靠性，論文建立了帶霍爾位置傳感器的無刷直流電機的Simulink仿真模型，并利用該仿真模型對無刷直流電機所可能發生的故障進行了仿真研究。仿真了無刷直流電機常見的包括電機本體、逆變器及位置傳感器在內的三類故障運行情況，在理論上對各個故障仿真結果進行了詳細分析，并在樣機上實驗驗證了仿真結果，這對進一步提高無刷直流電機的故障診斷水平及提高電機的可靠性具有重要的指導意義。 論文還根據樣機的性能參數及實際應用的需要，研制了一臺基于ML4425的無刷直流電機無位置傳感器控制器。實驗證明，該無位置傳感器控制無刷直流油泵電機可以取代原有的有刷電機，滿足實際應用的需要。
上傳時間： 2013-05-29
上傳用戶：LCMayDay
滾筒式洗衣機在其工作運轉，尤其是其脫水甩干時的振動，一直是個突出的問題。滾筒洗衣機在運行過程中由于衣物的不平衡分布，會使滾筒受到變載荷與變方向偏心力激勵的作用并引起激烈的振動，使得整機的振動不僅產生很大的噪音，而且對洗衣機機械與電器部件的壽命產生影響。因為傳統機械減振方法存在通用性方面的限制，近年來隨著技術的發展，從機電一體化系統的角度出發，綜合運用機械、電子、電機等方面的技術，提高洗衣機的振動控制效果已成為趨勢。 本文從課題要求和實際應用出發，在與日本松下公司合作的基礎上，針對National NA—V82型號滾筒洗衣機，以電力電子用數字控制開發系統MyWay PE—Expert作為控制系統，構建了滾筒洗衣機驅動系統平臺，并開發了一種新型的低振動的滾筒洗衣機驅動控制方法。本文的結構和主要研究內容如下： 第一章簡單介紹了滾筒洗衣機的發展現狀，通過對課題的背景介紹，闡述了課題的實際意義。其后詳細介紹了傳統的機械減振手段以及新型的通過電機控制技術實現的減振方法。通過對兩者的分析比較，提出了本文的主要工作及方案。 第二章介紹了驅動系統主要硬件組成及各部分之間的連接，給出了驅動系統的詳細連接圖。同時給出了基于矢量控制的驅動系統基本控制方法的原理和說明。最后還介紹了振動測量設備并確定其使用方案。 第三章研究了振動產生的機理，對振動規律進行分析。提出了基于加速度傳感器的偏心負載位置以及質量的實時測定方法。并通過仿真和實驗分析，研究了脈動轉矩對電機振動的影響。最后在此基礎之上，提出了基于脈動轉矩的低振動的滾筒洗衣機驅動系統控制方法：分段線性化振動抑制法以及自振動抑制法。 第四章通過實驗研究，確定低振動驅動控制方法所需要的相關參數。并驗證了偏心負載位置以及質量實時測定方法的精度和基于脈動轉矩的低振動的滾筒洗衣機驅動系統控制方法的效果。 第五章總結了研究的主要工作，并對未來的工作方向進行了研究和討論。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：q123321
電壓源型PWM逆變器在當前的工業控制中應用越來越廣泛，在其應用領域中，交流電動機的運動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設置死區是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發生直通短路。盡管死區時間很短，然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時，死區將使逆變器輸出電壓波形發生很大畸變，進而導致電動機的電流發生畸變，電機附加損耗增加，轉矩脈動加大，最終導致系統的控制性能降低，甚至可能導致系統不穩定。為此，需要對逆變器的死區進行補償。本文針對連續空間矢量調制提出了一種改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法；針對斷續空間矢量調制提出了通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度的補償方法，并對這兩種方法進行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細分析了死區時間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法進行了理論分析，該方法先計算出補償電壓，再對由零電流鉗位現象引起的補償電壓極性錯誤進行校正，極性校正的參考量為d軸補償電壓的幅值，然而補償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時參考量為變化量的缺點，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對這些問題，本文提出了改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補償方法，改進后的方法是先對由零電流鉗位現象引起的電流極性錯誤進行校正，然后再計算補償電壓的大小，電流極性校正時的參考量為三相電流極性函數轉化到γ-坐標系的函數sγ的幅值，sγ的幅值與補償電壓大小無關為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應性強。再次把改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進行了仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的有效性。對兩種仿真結果的對比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續空間矢量調制和斷續空間矢量調制的輸出波形的區別和死區對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產生的斷續SVPWM波，提出了根據電壓矢量和電流矢量的相位關系，通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度，對其進行死區補償的方法。給出了基本空間矢量作用時間調整的實現方法，并建立了MATLAB仿真模型，進行仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的正確性和有效性。
上傳時間： 2013-06-04
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高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、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變化所產生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比，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，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，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子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到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樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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