隨著電力電子裝置越加廣泛的投入使用,電能得到了更加充分的應(yīng)用,但是伴隨而來的是越來越多的非線性、沖擊性負(fù)載的投入使用,電網(wǎng)中諧波污染日益嚴(yán)重,在針對此類諧波抑制和無功補(bǔ)償裝置的研究中,電力有源濾波器APF得到了廣泛應(yīng)用. 與傳統(tǒng)無源濾波器比較,有源電力濾波器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好,濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響等優(yōu)勢.而APF所采用的諧波電流檢測方法,直接決定了諧波的檢測精度和跟蹤速度,是決定諧波補(bǔ)償特性的關(guān)鍵.本論文重點(diǎn)研究了諧波電流檢測方法. 在眾多有源濾波器的諧波及無功電流檢測算法中,基于三相瞬時(shí)無功功率理論的應(yīng)用最為廣泛.應(yīng)用此理論的i<,p>-i<,q>島檢測方法計(jì)算簡單,具有較好實(shí)時(shí)性,適合電流快速檢測的優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)也存在很多局限性. 本文首先通過分析、比較總結(jié)出各類APF的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性,系統(tǒng)地研究了有源電力濾波器的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù):諧波電流檢測和PWM信號發(fā)生器的控制策略；在此基礎(chǔ)上,針對在負(fù)載電流有較大突變時(shí)補(bǔ)償電路會(huì)產(chǎn)生較大畸變影響補(bǔ)償效果的問題,以及三相電壓畸變時(shí)i<,p>-i<,q>檢測法存在的誤差等問題,從基于DSP控制的三相四線制并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一種改進(jìn)的i<,p>-i<,q>檢測法,在該檢測法中增加了平衡.APF直流側(cè)電容總電壓和上下電容電壓的閉環(huán)控制,以消除負(fù)載電流突變時(shí)產(chǎn)生的畸變；并采用一種新穎的基于低通濾波的A相正序電壓提取單元來代替原始的i<,p>-i<,q>檢測法的PLL鎖相環(huán),在三相電壓畸變情況下仍可以正確提取A相正序電壓,以精確檢測出諧波和無功電流. 最后通過MATLAB6.5對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明該算法能有效保證檢測效果的實(shí)時(shí)性和精確性,證明了該算法的可行性.
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隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的電力電子裝置被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,其中相當(dāng)一部分負(fù)荷具有非線性或具有時(shí)變特性,使電網(wǎng)中暫態(tài)沖擊、無功功率、高次諧波及三相不平衡問題日趨嚴(yán)重,給電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染和損耗.因此,對電力系統(tǒng)進(jìn)行諧波抑制和無功補(bǔ)償,提高電網(wǎng)供電質(zhì)量變得十分重要.電力有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)與無源濾波器相比,APF具有高度可控制和快速響應(yīng)特性,并且能跟蹤補(bǔ)償各次諧波、自動(dòng)產(chǎn)生所需變化的無功功率和諧波功率,其特性不受系統(tǒng)影響,無諧波放大威脅.并聯(lián)型電力有源濾波器(Shunt Active Power Filter,簡稱SAPF)更是得到了廣泛的應(yīng)用. 近年來,自適應(yīng)算法中的遞推最小二乘法(簡稱RLS)應(yīng)用越來越廣泛,該算法簡單,收斂速度快.應(yīng)用基于RLS自適應(yīng)算法的濾波器(簡稱RLS濾波器),可以快速有效的濾除雜波,同時(shí)自動(dòng)調(diào)整濾波器參數(shù),不斷改進(jìn)濾波性能,最終得到所需的信號. 本文研究了基于平均功率和RLS自適應(yīng)算法的并聯(lián)型有源濾波器.它的參考電流是一個(gè)同電網(wǎng)相電壓同相位的三相平衡的有功電流,它包含兩個(gè)分量:一個(gè)是由實(shí)測的三相負(fù)載瞬時(shí)功率計(jì)算得到的,基于平均功率算法的電網(wǎng)應(yīng)該為負(fù)載各相提供的有功電流瞬時(shí)參考值；另一個(gè)是為了維持有源濾波器中逆變器的直流母線電壓基本恒定,主要通過RLS濾波器計(jì)算得出的電網(wǎng)各相應(yīng)該提供的有功電流瞬時(shí)參考值.兩個(gè)分量的計(jì)算共同構(gòu)成了該有源濾波器參考電流的計(jì)算.補(bǔ)償電流指令值與實(shí)際補(bǔ)償電流比較生成控制逆變橋工作的PWM脈沖,生成補(bǔ)償電流,達(dá)到補(bǔ)償負(fù)載無功和抑制諧波的目的. 應(yīng)用RLS濾波器得到維持直流母線電壓恒定的直流側(cè)有功系數(shù)A<,dc>,克服了傳統(tǒng)PI控制中參數(shù)難以得到且由于參數(shù)過于敏感而導(dǎo)致補(bǔ)償后電流紋波太大的問題.使得當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)SAPF自身的功率損耗和暫態(tài)負(fù)載變化時(shí)因?yàn)橹绷鱾?cè)電容提供電網(wǎng)和負(fù)載之間的有功功率差而引起的電壓的波動(dòng)迅速反饋到指令電流的計(jì)算中.RLS算法收斂快,SAPF實(shí)時(shí)性大大提高.基于該方法的SAPF結(jié)構(gòu)簡單,無需鎖相器. 根據(jù)本文的算法應(yīng)用MATAB建立了仿真系統(tǒng),仿真結(jié)果表明基于該算法的SAPF的可行性和實(shí)時(shí)性.
標(biāo)簽： RLS 功率 自適應(yīng)算法
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隔離升壓DC-DC變換器在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電以及超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、起動(dòng)問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關(guān)問題和輸入電感磁復(fù)位問題等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，解決了這一類拓?fù)渌灿屑夹g(shù)問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓?fù)渥澹治霰容^了各種拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進(jìn)行了詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)分析和小信號建模分析，為其分析、設(shè)計(jì)和搭建實(shí)驗(yàn)平臺提供了電路理論基礎(chǔ)。 理論上分析了IBFBC起動(dòng)時(shí)存在電流沖擊的原因。提出了二種數(shù)字化軟起動(dòng)方案，該方案對主電路進(jìn)行了改造，利用DSP能靈活產(chǎn)生PWM波的特點(diǎn)采用了新的控制策略，成功實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的軟起動(dòng)。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎(chǔ)上，通過控制PWM的發(fā)生方法，實(shí)現(xiàn)了有源箝位功率開關(guān)管和橋臂功率開關(guān)管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復(fù)位問題。在正常停機(jī)時(shí)提出了一種數(shù)字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態(tài)逐漸過渡到Buck工作狀態(tài)，讓輸入電感存儲(chǔ)的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護(hù)停機(jī)，采用了繞組磁復(fù)位的方法，把輸入電感設(shè)計(jì)成反激式變換器形式，突然停機(jī)時(shí)，電感中存儲(chǔ)的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護(hù)了變換器不會(huì)損壞。 給出了主電路關(guān)鍵器件參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了以DSP-TMS320F2407為核心的數(shù)字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果。 本文立足于IBFBC的關(guān)鍵技術(shù)要求，并充分考慮工程應(yīng)用中的實(shí)際因素，進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，為實(shí)際系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。
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電壓源型PWM逆變器在當(dāng)前的工業(yè)控制中應(yīng)用越來越廣泛，在其應(yīng)用領(lǐng)域中，交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設(shè)置死區(qū)是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個(gè)功率開關(guān)器件發(fā)生直通短路。盡管死區(qū)時(shí)間很短，然而當(dāng)開關(guān)頻率很高或輸出電壓很低時(shí)，死區(qū)將使逆變器輸出電壓波形發(fā)生很大畸變，進(jìn)而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電流發(fā)生畸變，電機(jī)附加損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加大，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的控制性能降低，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此，需要對逆變器的死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。本文針對連續(xù)空間矢量調(diào)制提出了一種改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法；針對斷續(xù)空間矢量調(diào)制提出了通過改變空間矢量作用時(shí)間，來改變驅(qū)動(dòng)信號脈沖寬度的補(bǔ)償方法，并對這兩種方法進(jìn)行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細(xì)分析了死區(qū)時(shí)間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關(guān)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(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法進(jìn)行了理論分析，該方法先計(jì)算出補(bǔ)償電壓，再對由零電流鉗位現(xiàn)象引起的補(bǔ)償電壓極性錯(cuò)誤進(jìn)行校正，極性校正的參考量為d軸補(bǔ)償電壓的幅值，然而補(bǔ)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(shí)參考量為變化量的缺點(diǎn)，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(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補(bǔ)償方法，改進(jìn)后的方法是先對由零電流鉗位現(xiàn)象引起的電流極性錯(cuò)誤進(jìn)行校正，然后再計(jì)算補(bǔ)償電壓的大小，電流極性校正時(shí)的參考量為三相電流極性函數(shù)轉(zhuǎn)化到γ-坐標(biāo)系的函數(shù)sγ的幅值，sγ的幅值與補(bǔ)償電壓大小無關(guān)為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應(yīng)性強(qiáng)。再次把改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法應(yīng)用到PMSM矢量控制系統(tǒng)中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的有效性。對兩種仿真結(jié)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(xù)空間矢量調(diào)制和斷續(xù)空間矢量調(diào)制的輸出波形的區(qū)別和死區(qū)對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產(chǎn)生的斷續(xù)SVPWM波，提出了根據(jù)電壓矢量和電流矢量的相位關(guān)系，通過改變空間矢量作用時(shí)間，來改變驅(qū)動(dòng)信號脈沖寬度，對其進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒ā＝o出了基本空間矢量作用時(shí)間調(diào)整的實(shí)現(xiàn)方法，并建立了MATLAB仿真模型，進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的正確性和有效性。
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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MATLAB 頻譜分析的經(jīng)典仿真，詳細(xì)的源程序及仿真文件
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)仿真對電力電子電路進(jìn)行分析和研究得到了日益廣泛的重視。盡管目前一些仿真軟件都有比較強(qiáng)大的功能，可以利用它們來完成某些電力電子裝置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和電力電子裝置負(fù)載的復(fù)雜性，使得這些軟件并不能完成對于電力電子裝置所要進(jìn)行的所有分析要求，特別是當(dāng)其被用于電力電子裝置故障運(yùn)行的仿真。針對上述問題，本論文在研究器件建模方法和裝置仿真方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用C++語言開發(fā)了一個(gè)可專門用于電力電子裝置仿真分析的程序。 本課題首先對于各種電力電子器件進(jìn)行建模。在對各種元器件特性深入研究的基礎(chǔ)上利用已知的電路原理和建模方法，抓住各具體電力電子器件的主要特征，建立其電路及邏輯仿真模型。由于本論文中研究的是電力電子裝置作為一個(gè)整體的特性，所以在對器件電路模型的建模過程采用高層次的電路模型，即理想開關(guān)模型和雙極性電阻模型。器件的邏輯模型則是通過皮特里網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)仿真的目的可建立不同精細(xì)程度的邏輯模型。因?yàn)槠骷壿嬆Ｐ偷慕＿^程中采取的逐步細(xì)化的原則與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中自頂而下，逐步求精的思想不謀而合，所以在仿真程序中采用C++語言對所建立的器件模型進(jìn)行描述。 針對電力電子裝置的非線性，病態(tài)特性和其負(fù)載的復(fù)雜性，使用階段仿真的思想進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。確定了仿真程序的總體結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了程序的模塊化設(shè)計(jì)。利用通用的狀態(tài)變化檢測模塊和兼容性檢測模塊在程序中確定電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的精確時(shí)刻，它們獨(dú)立于具體的電路結(jié)構(gòu)。狀態(tài)方程模塊和輸出方程模塊雖然與具體的電路結(jié)構(gòu)相關(guān)，但是亦可將其設(shè)計(jì)為模塊的形式，針對不同的電路結(jié)構(gòu)僅需改變模塊中對于狀態(tài)方程和輸出方程的描述。鑒于數(shù)值計(jì)算方法對于仿真結(jié)果的重要性，本論文中討論了幾種數(shù)值積分方法的特點(diǎn)及適用范圍，并在程序用編寫了幾種常用的算法，以供用戶選擇。通過對于瓦格納斬波器、三相全控整流橋和三相半控整流橋的仿真驗(yàn)證仿真程序的正確性和實(shí)用性。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
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本文首先簡述了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和研究重點(diǎn)，介紹了異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的不同控制策略，詳細(xì)論述了異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基本原理：異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換、矢量控制的基本方程式、轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測方法、矢量控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等，并重點(diǎn)分析了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)的基本原理、控制算法以及在TMS320LF2407中的實(shí)現(xiàn)方法。 從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，本文設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套以DSP芯片TMS320LF2407為核心的有速度傳感器異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，并給出了硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)的功率電路采用電壓型的交-直-交變壓變頻結(jié)構(gòu)，由整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM(PM15RSH120)逆變電路構(gòu)成；控制電路以DSP芯片TMS320LF2407為核心，加上PWM信號發(fā)生電路、定子電流檢測電路、直流母線電壓檢測電路、智能功率模塊驅(qū)動(dòng)電路、速度檢測電路、系統(tǒng)保護(hù)電路等，構(gòu)成了功能齊全的異步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)。 在此基礎(chǔ)上，本文對無速度傳感器異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了有益的探索。提出了改進(jìn)的電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型，消除了電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型中純積分環(huán)節(jié)所固有的漂移問題和積累誤差對實(shí)際系統(tǒng)性能的影響。在傳統(tǒng)型參考自適應(yīng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)中原有的自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用一個(gè)具有在線學(xué)習(xí)能力的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取代，提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，并給出了速度估計(jì)器的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法。最后對基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)速估計(jì)的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的性能。
標(biāo)簽： 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 異步電機(jī) 轉(zhuǎn)速
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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在目前全球能源危機(jī)和溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重的情況下，電動(dòng)車(Electric Vehicle)以其無污染、低噪聲、效率高，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學(xué)辜承林教授聯(lián)合，為蘇州益高電動(dòng)車輛制造有限公司設(shè)計(jì)旅游車無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。課題結(jié)合現(xiàn)代CPU技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和電力電子技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款以無位置傳感器無刷直流電機(jī)為動(dòng)力的大功率汽車輪轂驅(qū)動(dòng)控制器。 本課題采用辜老師設(shè)計(jì)的“橫向磁通無刷直流電動(dòng)機(jī)”為控制對象。本文首先分析了無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和無位置傳感器的反電勢過零點(diǎn)檢測的基本原理，從整體上對控制系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行了討論并確定了整體設(shè)計(jì)方案。在課題中，本人采用DSP 2407A作為控制核心，以功率MOS管為逆變器件，研制出系統(tǒng)硬件，用C語言編制了系統(tǒng)軟件。鑒于該課題在大電流等級的無刷直流電機(jī)應(yīng)用中，國內(nèi)外尚無先例，本項(xiàng)目在開發(fā)實(shí)驗(yàn)中，對無位置傳感器無刷電機(jī)的起動(dòng)和反電勢過零檢測作了大量的研究工作，取得許多有益的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過對電機(jī)的起動(dòng)過程和位置檢測方法進(jìn)行的一些有效改進(jìn)措施，使得電機(jī)達(dá)到較好的運(yùn)行性能和操控特性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案有效可行，研制的無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制器達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期基本性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)控制器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車面臨前所未有的挑戰(zhàn)，燃料電池電動(dòng)汽車已成為汽車工業(yè)新的熱點(diǎn)。由于燃料電池輸出特性的特殊性，輸出端必須連接DC/DC變換器，使之與驅(qū)動(dòng)器配合。因此，DC/DC變換器是燃料電池電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零部件之一。 本論文主要對燃料電池電動(dòng)轎車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)用DC/DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計(jì)及電磁兼容(EMC)問題進(jìn)行了研究。重點(diǎn)針對升降壓和雙向DC/DC變換器進(jìn)行分析研究。 首先介紹分析了幾種傳統(tǒng)升降壓直流變換器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。針對燃料電池的特性和電動(dòng)汽車對升降壓DC/DC變換器的性能指標(biāo)要求，分析比較了非隔離式直流變換器的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出了Buck-Boost級聯(lián)的升降壓主電路方案并提出相關(guān)的控制策略。然后運(yùn)用模擬仿真軟件MATLAB仿真分析了控制策略的正確性。 其次分析研究了雙向DC/DC變換器的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，綜合比較現(xiàn)有的各種隔離與非隔離方案，結(jié)合車用要求，選擇了非隔離式的Buck-Boost拓?fù)洹ａ槍ζ涔ぷ髟怼⑻攸c(diǎn)進(jìn)行了雙向DC/DC變換器主電路與控制電路的設(shè)計(jì)研究，重點(diǎn)研究其過渡過程的控制策略。在利用MATLAB進(jìn)行各種過渡過程的仿真分析的基礎(chǔ)上，選取了最佳的過渡控制方案。并利用該控制策略編制DSP控制程序，制作了小功率1kW數(shù)字控制雙向DC/DC變換器。 最后深入討論了DC/DC變換器中的電磁兼容問題。分析了DC/DC變換器主電路中存在的主要干擾源、干擾產(chǎn)生的機(jī)理以及干擾傳播途徑，然后以此出發(fā)，重點(diǎn)討論了各種抑制電磁騷擾(EMI)和電磁抗干擾(EMS)的方法及措施，給出具體方案。
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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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、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計(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以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(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)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，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)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，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、對于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺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。對比分析了平行充磁和徑向充磁對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。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(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
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