本論文主要對燃料電池用DC/AC變換器的主電路拓撲、脈寬調(diào)制(PWM)方式、控制系統(tǒng)硬件電路、控制策略以及電磁兼容(EMC)問題進行了研究。考慮到燃料電池(Fuel Cell)的特性和DC/AC變換器的應用場合，本文主要對單相DC/AC變換器做了研究。 首先，針對單相DC/AC變換器，分析了它們的主電路拓撲結構、工作原理以及脈寬調(diào)制方式。 其次，完成了DSP控制系統(tǒng)的軟硬件設計。DC/AC變換器的控制系統(tǒng)硬件電路，主要包括DSP最小系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、信號檢測與調(diào)理電路、CAN通信以及SCI串口通信電路等。變換器控制策略則采用電壓環(huán)控制，瞬時值電壓以及有效值電壓控制都采用PI調(diào)節(jié)，并且闡述了如何通過DSP實現(xiàn)PWM脈沖。 另外本文還研究了DC/AC變換器控制電路板的電磁兼容(EMC)問題。針對一些電磁干擾(EMI)問題，提出了相應的抑制措施。主要研究了開關電源EMI濾波器的設計方法。 最后，經(jīng)過相關試驗，給出了結論，也提出了今后需要進一步研究的方向。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著變電站自動化、通信和微電子等技術的快速發(fā)展，在變電站自動化系統(tǒng)領域出現(xiàn)了大量基于微處理器/控制器的智能電子設備，變電站自動化的水平在不斷提高，系統(tǒng)集成成為趨勢。在這一發(fā)展過程中，互操作性差已經(jīng)開始成為“瓶頸”問題，即不同廠商或同一廠商在不同時期的智能電子設備采用的網(wǎng)絡和通信協(xié)議可能不相同，使得智能電子設備之間需要協(xié)議轉(zhuǎn)換才能集成到一個變電站系統(tǒng)，從而增加了系統(tǒng)的成本和復雜性，影響了系統(tǒng)的實時性和可靠性。為了解決這個問題并適應將來快速更新的計算機和通信技術，國際電工委員會于2005年正式頒布了關于變電站自動化網(wǎng)絡通信的國際標準IEC61850。本文圍繞基于IEC61850的變電站網(wǎng)絡通信和符合該標準的智能電子設備網(wǎng)絡通信裝置的實現(xiàn)展開研究，分為IEC61850標準的體系分析和具體模型的構建、基于IEC61850的通信網(wǎng)絡的特征及規(guī)劃、變電站通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流建模及網(wǎng)絡通信性能仿真、符合該標準的智能電子設備網(wǎng)絡通信裝置的設計幾部分。 IEC61850是一套完備的、面向未來的變電站通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)標準，本文首先介紹了其制定背景、結構體系和主要內(nèi)容，分析了信息模型的內(nèi)涵、技術特征和建模方法，并針對變電站中最為重要的兩類模型--采樣值報文傳輸模型和通用變電站事件傳輸模型進行了具體的模型構建和通信映射。 實現(xiàn)IEC61850通信的物理承載是以太網(wǎng)，本文首先通過對以太網(wǎng)的技術特征進行分析，得出其通信特性，然后研究和分析了變電站通信網(wǎng)絡對環(huán)境、規(guī)模、安全性、可靠性和實時性等要求，其中對網(wǎng)絡傳輸延時的特性進行了深入研究。在上述分析的基礎上，對變電站通信網(wǎng)絡進行了規(guī)劃和構建，提出了使用適用的網(wǎng)絡拓撲、報文加入優(yōu)先級標簽、采用基于多VLAN的節(jié)點分布規(guī)劃和網(wǎng)絡冗余等提高實時性和可靠性的改進措施。 區(qū)別于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)通信，變電站通信網(wǎng)絡中存在多種數(shù)據(jù)流，是要進行特殊處理的。本文首先對基于IEC61850的變電站通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流進行分析并劃分類別，根據(jù)其特性建立了數(shù)學模型。然后歸納了網(wǎng)絡模擬的一些技術和方法，并通過基于NS-2的網(wǎng)絡模擬技術對變電站通信網(wǎng)絡的性能進行了動態(tài)模擬，得出了相關的網(wǎng)絡性能指標。模擬結果證明了使用交換式以太網(wǎng)、報文引入優(yōu)先級標簽和采用基于多VLAN的節(jié)點分布規(guī)劃等提高實時性措施的正確性，有利于變電站的網(wǎng)絡規(guī)劃和建設以及智能電子設備通信裝置的設計。 從現(xiàn)代電力系統(tǒng)的信號源開始，首先分析了電子式互感器數(shù)字接口的要求并建立數(shù)學模型，然后采用模塊化的思想設計出相應的具體軟/硬件，實現(xiàn)了基于IEC61850的電子式互感器數(shù)字接口的通信裝置樣機。在此基礎上將此裝置經(jīng)過擴展和修改用于其他的智能電子設備的網(wǎng)絡通信，使其具有廣泛使用性和兼容性。最后設計了試驗環(huán)境，通過測試驗證了該樣機的通信性能滿足要求并具有較高的可靠性。
上傳時間： 2013-07-08
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本文結合XBZ智能箱式變電站的研究和開發(fā)，提出了基于CAN總線的箱式變電站綜合自動化系統(tǒng)，主要內(nèi)容如下： (1)總體介紹箱式變電站的一次方案設計、綜合自動化的系統(tǒng)結構、功能以及技術參數(shù)分析。 (2)對CAN總線技術進行研究分析，在此基礎上制訂了自定義應用層的CAN總線通信協(xié)議，該協(xié)議是綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)進行數(shù)據(jù)通信的基礎。 (3)討論交流采樣的工作原理和電量參數(shù)測量理論，包括交流采樣同步方法，電參數(shù)計算公式，有效值開方運算的討論。 (4)根據(jù)箱式變電站綜合自動化的要求，對智能測控單元進行了全面的軟硬件設計。 (5)討論OPC技術的應用并設計一個OPC數(shù)據(jù)訪問服務器，OPC數(shù)據(jù)服務器能使監(jiān)控軟件與智能測控單元數(shù)據(jù)通信協(xié)議無關，使監(jiān)控主站成為開放軟件平臺。 調(diào)試與測試結果表明本文所研制的系統(tǒng)交流采樣達到設計精度要求、CAN總線工作正常，這在一定程度上驗證了設計的有效性和正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文在參考了國內(nèi)外已有多自由度球電機的基礎上,提出了正交圓柱結構的兩自由度電機,它是獨立設計的一種創(chuàng)新結構.此電機可分解為兩個獨立的兩相混合式步進電機:分別為內(nèi)層小電機(外轉(zhuǎn)子兩相混合式步進電機)和外層大電機(扇形結構的兩相混合式步進電機).本文以兩自由度電機為對象,采用"齒層比磁導法",對電機的矩角特性進行計算和分析,用得到的矩角特性與設計要求相比較,從而為優(yōu)化尺寸設計提供參考.
上傳時間： 2013-07-19
上傳用戶：axe2010
電壓源型PWM逆變器在當前的工業(yè)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(qū)是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發(fā)生直通短路。盡管死區(qū)時間很短，然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時，死區(qū)將使逆變器輸出電壓波形發(fā)生很大畸變，進而導致電動機的電流發(fā)生畸變，電機附加損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動加大，最終導致系統(tǒng)的控制性能降低，甚至可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此，需要對逆變器的死區(qū)進行補償。本文針對連續(xù)空間矢量調(diào)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(qū)效應補償方法；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間，來改變驅(qū)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(qū)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(qū)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)轉(zhuǎn)化到γ-坐標系的函數(shù)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(qū)效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統(tǒng)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(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系，通過改變空間矢量作用時間，來改變驅(qū)動信號脈沖寬度，對其進行死區(qū)補償?shù)姆椒?。給出了基本空間矢量作用時間調(diào)整的實現(xiàn)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
上傳用戶：330402686
MATLAB 頻譜分析的經(jīng)典仿真，詳細的源程序及仿真文件
上傳時間： 2013-08-03
上傳用戶：ljthhhhhh123
隨著電力電子技術的迅速發(fā)展和推廣應用，利用計算機仿真對電力電子電路進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載的復雜性，使得這些軟件并不能完成對于電力電子裝置所要進行的所有分析要求，特別是當其被用于電力電子裝置故障運行的仿真。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上，運用C++語言開發(fā)了一個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行建模。在對各種元器件特性深入研究的基礎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)絡來實現(xiàn)，根據(jù)仿真的目的可建立不同精細程度的邏輯模型。因為器件邏輯模型的建模過程中采取的逐步細化的原則與面向?qū)ο蟪绦蛟O計中自頂而下，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行描述。 針對電力電子裝置的非線性，病態(tài)特性和其負載的復雜性，使用階段仿真的思想進行程序設計。確定了仿真程序的總體結構，并實現(xiàn)了程序的模塊化設計。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構發(fā)生變化的精確時刻，它們獨立于具體的電路結構。狀態(tài)方程模塊和輸出方程模塊雖然與具體的電路結構相關，但是亦可將其設計為模塊的形式，針對不同的電路結構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)值計算方法對于仿真結果的重要性，本論文中討論了幾種數(shù)值積分方法的特點及適用范圍，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證仿真程序的正確性和實用性。
上傳時間： 2013-07-16
上傳用戶：bhqrd30
變電站自動化系統(tǒng)在我國應用發(fā)展十多年來，為保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應用和協(xié)同操作，數(shù)據(jù)缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數(shù)字化水平不高、缺乏能夠完備實現(xiàn)信息標準化和設備之間互操作的變電站通信標準造成的。 電力工業(yè)發(fā)展和市場化改革的深入對供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，變電站數(shù)字化、信息化的要求越發(fā)迫切，數(shù)字化變電站成為變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關等智能化一次設備的誕生使建設數(shù)字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網(wǎng)絡以及完備的通信系統(tǒng)標準是數(shù)字化變電站實現(xiàn)的保障，特別是最新頒布的變電站通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)的國際標準-IEC 61850為建設數(shù)字化變電站提供了全面規(guī)范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡為研究對象，結合新架構的全網(wǎng)絡化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)研制的具體實踐，展開專門研究，主要內(nèi)容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數(shù)字化變電站的內(nèi)在關聯(lián)。 ②總結了IEC 61850的內(nèi)涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協(xié)議，更多意味的是變電站自動化系統(tǒng)的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術特征，包括功能分層的變電站、面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?、功能與通信的解耦、變電站配置語言和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述等。 ④從“類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對信息模型的屬性和服務進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應用研究①從系統(tǒng)和設備兩個層面總結了實踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時間及時間同步等通信模型的特殊通信服務映射。 ④討論了信息模型實體的構建方法，即如何讓設備的實際功能、運行機制和數(shù)據(jù)能夠準確和完備的實現(xiàn)設備對應信息模型的所有細節(jié)。IEC 61850沒有對實現(xiàn)標準的具體方法作出規(guī)定，這給各廠商在技術實現(xiàn)上留出了足夠的自由發(fā)揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態(tài)”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內(nèi)涵和應用價值，則可能無法實現(xiàn)IEC 61850的預定目標或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構建方案的基礎上，經(jīng)過分析從中選擇出作者認為最優(yōu)的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(CNDS)的研究①在分析以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法的基礎上，針對標準以太網(wǎng)存在延時不確定的問題，總結了提高以太網(wǎng)實時性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網(wǎng)的一般局域網(wǎng)的區(qū)別，針對CNDS在網(wǎng)絡可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應對措施和解決方案。 ③提出了過程子網(wǎng)和全站惟一網(wǎng)絡2種組網(wǎng)方案。通過分析各自的特點與實現(xiàn)難度，指出過程子網(wǎng)目前較易實現(xiàn)，而全站惟一網(wǎng)絡將憑借信息高度共享等優(yōu)勢成為CNDS的最終形態(tài)。闡述了VLAN、由交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡冗余等組網(wǎng)技術在SAS中的應用方法及IED自身通信冗余的實現(xiàn)方法。 ④歸納了CNDS數(shù)據(jù)流的類型和到達時間規(guī)律：建立了簡單數(shù)據(jù)流模型為表征數(shù)據(jù)流、研究數(shù)據(jù)流業(yè)務特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協(xié)議及其運行機制，提出了TcP應用于CNDS的優(yōu)化方法。 ⑤利用OPNET網(wǎng)絡仿真技術，建立了EMAC和TCP/IP仿真節(jié)點模型，對以太網(wǎng)、TCP和交換式以太網(wǎng)的基本特征等進行了仿真研究；依據(jù)CNDS實際承載的功能，建立了過程子網(wǎng)和站級網(wǎng)絡的動態(tài)仿真模型，圍繞網(wǎng)絡延時和端到端延時等網(wǎng)絡性能指標，對不同組網(wǎng)方式和應用功能下的網(wǎng)絡性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網(wǎng)絡化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)①闡述了一種新架構的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網(wǎng)絡化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)的軟硬設計和實現(xiàn)方法。提出了適用于數(shù)字保護的RTOS多任務劃分方法。 ②以饋線保護測控裝置為例，建立了平臺的IEC 61850信息模型。以此為基礎，在平臺內(nèi)部實現(xiàn)了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現(xiàn)了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850系統(tǒng)和數(shù)字化變電站做好了準備。 ③進行了保護測量功能和過程層通信試驗，驗證了平臺的可用性和過程層通信的可靠性，為類似設計方法在間隔層IED上的應用提供了可信依據(jù)。
上傳時間： 2013-05-28
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與傳統(tǒng)的徑向磁通圓柱式電機相比，軸向磁通的盤式無鐵心永磁同步電機有著許多明顯的優(yōu)點：其結構較為簡單，加工及裝配費用低，電機運行可靠，不需勵磁電流，提高了電機的效率和功率密度。盤式電機永磁化是一種發(fā)展趨勢，而稀土材料是其首選的永磁材料。我國已研制出盤式永磁同步電機，但還處于試制階段，要實現(xiàn)產(chǎn)品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對該電機的氣隙磁密進行分析，對影響氣隙磁密的各種因素展開了研究。具體內(nèi)容如下： 1) 回顧了永磁電機的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應用，對永磁材料的性能及選取、聚磁技術、電機磁場計算所需理論和有限元軟件進行了介紹。 2) 將電機內(nèi)的電磁場、有限元軟件和盤式無鐵心永磁電機特殊結構相結合，設計出了近二十個有限元計算程序，組成一個針對盤式無鐵心永磁同步電機的計算軟件包，由這些計算程序出發(fā)，對盤式無鐵心永磁同步電機進行一系列仿真分析計算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時，由于有限元軟件在繪圖方面的限制，需要將氣隙磁密數(shù)據(jù)從有限元軟件中導出到文本文件，再由其它數(shù)學工具進行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過程中由于導出數(shù)據(jù)格式與繪圖工具所需數(shù)據(jù)格式不能兼容，還需要對導出數(shù)據(jù)進行處理。由于有限元軟件導出的數(shù)據(jù)量很大，如果對這些數(shù)據(jù)進行人工整理將增加大量的工作量，所以作者在研究過程中，針對導出數(shù)據(jù)的特點編寫了一個Vb數(shù)據(jù)處理程序，使數(shù)據(jù)處理工作得到大大簡化。 3) 在上述建立的軟件包的基礎上，對基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電機進行了一系列系統(tǒng)分析，其中包括三維開域磁場分析、永磁體厚度對電機氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時氣隙磁場分析、采用不同角度Halbach陣列時的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機設計過程中永磁體的設計提供了依據(jù)。 4) 在對盤式無鐵心永磁同步電機磁場進行詳盡的分析的基礎之上，本文提出了對該電機的新設計方案，并就此方案進行了建模分析，結果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結構的氣隙磁密更為理想。此外，還對新模型從定性的角度進行了渦流損耗分析，分析表明其結構有利于減小渦流損耗。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：牧羊人8920
高速電機由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)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(zhuǎn)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(nèi)外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機械強度和轉(zhuǎn)子動力學；（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗進行了深入分析。轉(zhuǎn)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(chǎn)生的。首先通過優(yōu)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(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(tǒng)，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(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(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉(zhuǎn)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(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，在空載和負載狀態(tài)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(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優(yōu)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(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時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，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數(shù)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(zhuǎn)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(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)子保護環(huán)和永磁體之間增加一層電導率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導電性，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，當銅環(huán)的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉(zhuǎn)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(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的電磁設計和轉(zhuǎn)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(yōu)于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子動力學分析，實驗研究表明：由于轉(zhuǎn)子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉(zhuǎn)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(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。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)時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數(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，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標簽： 無刷直流 電機轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時間： 2013-05-18
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