電力變壓器的渦流損耗及其在電力變壓器中造成的局部過熱問題是電力變壓器設(shè)計計算中的一個關(guān)鍵問題。電力變壓器的容量越大，漏磁場就越強，渦流損耗也就越大，以及由渦流損耗造成的局部過熱問題也就越突出。因此，如何解決這一問題就顯得至關(guān)重要。 文中首先介紹了電力變壓器渦流損耗與溫升計算的意義和目的，并論述了電力變壓器漏磁場、溫度場問題的國內(nèi)外研究概況。本文應(yīng)用電力變壓器和有限元的基本理論，使用大型通用有限元分析軟件Ansys對變壓器的磁場和溫度場進行分析與計算。首先建立電力變壓器三維分析模型，對電力變壓器的三維漏磁場進行準確的計算，得出了繞組及結(jié)構(gòu)件上的磁感應(yīng)強度分布，并對繞組中的軸向漏磁場及輻向漏磁場進行了分析對比。在此基礎(chǔ)上計算了由變壓器漏磁場引起的結(jié)構(gòu)件渦流損耗，并把計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，結(jié)果基本吻合，說明了計算結(jié)果的正確性及用Ansys軟件仿真分析的可行性。根據(jù)磁場分析的結(jié)果給出了減小各結(jié)構(gòu)件漏磁場和渦流損耗的方法，分析了在油箱壁上安裝電磁屏蔽和對拉板開槽的作用。 在計算出繞組及結(jié)構(gòu)件中渦流損耗的基礎(chǔ)上，對電力變壓器進行了磁—流—熱耦合場分析，采用間接耦合的方法將磁場得出的焦耳熱作為流場分析的載荷，使流場與溫度場進行耦合，得出繞組及結(jié)構(gòu)件上的溫度場分布。應(yīng)用相關(guān)理論對所得結(jié)果進行了分析以及提出了降低溫度的方法。論文最后使用VB語言編制了變壓器磁場、溫度場分析的仿真軟件界面，實現(xiàn)了參數(shù)化建模，加載，并可以從結(jié)果數(shù)據(jù)庫中提出結(jié)果數(shù)據(jù)。
上傳時間： 2013-05-22
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永磁電動機相比其他類型的電動機其性能指標突出，將廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。但是隨著電機工業(yè)朝著大容量、高功率密度、小體積的趨勢發(fā)展，永磁電動機溫升與其它各項指標在配合上發(fā)生了分歧。為了解決這些問題，就要對永磁電機進行合理的冷卻設(shè)計及溫度計算。永磁電機的溫升計算除了要考察定子繞組處的受熱，同時也要兼顧永磁體的溫度情況‰本文對永磁電機的溫度計算及冷卻系統(tǒng)進行了如下分析設(shè)計： 首先，通過電磁學(xué)與傳熱學(xué)、流體力學(xué)等邊緣學(xué)科，對永磁電機進行溫度場分析。其中對自冷徑向永磁電機溫度場進行詳細地分析與計算。利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法，即離散網(wǎng)格，使參數(shù)集中化，列出方程組，解出各剖分點的溫度值。采用與其相對應(yīng)的經(jīng)驗公式及實驗結(jié)果確定永磁電機的散熱系數(shù)。 其次對徑向永磁電機的損耗分布進行說明，不僅從數(shù)量上對槽內(nèi)繞組損耗和端部繞組損耗做出了區(qū)分，而且從理論上對定子軛部和定子齒部的損耗進行分析，以確保在損耗分布上盡量使誤差減少。其次利用ANSYS、ANSOFT軟件，采用有限元方法對永磁電機穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)時的溫度分布情況進行分析。利用上述方法對TYJS機床電機4.4kW-3000進行分析，比較其理論值與實驗值之問的誤差，結(jié)果比較滿意。 最后，本文對5kW-450雙定子-單轉(zhuǎn)子盤式電機的溫度場進行分析。由于徑向電機與盤式電機在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，分別對盤式電機的損耗分布、散熱系數(shù)的求取等不同之處與徑向電機進行比較。對盤式電動機外部冷卻系統(tǒng)的設(shè)計上，采用假定系數(shù)法，反推風扇結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)計了該樣機的冷卻系統(tǒng)。通過以上的分析，能夠較準確計算電機的溫度值，從中得出其局部過熱點。這樣給電機的改進和研制都帶來了方便。
上傳時間： 2013-06-14
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盤式永磁電機因其較高的轉(zhuǎn)矩密度和良好的動態(tài)響應(yīng)特性，在各種驅(qū)動、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速的推廣和應(yīng)用。本文針對盤式永磁同步電動機的設(shè)計展開研究，所做工作主要包括以下幾個部分： 首先，從電機的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機和徑向永磁電機的轉(zhuǎn)矩密度進行了比較，得到了兩種電機轉(zhuǎn)矩密度的變化關(guān)系。推導(dǎo)了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應(yīng)電抗、槽漏抗等的計算公式，同時也給出了這些參數(shù)相應(yīng)的有限元計算方法，兩種計算結(jié)果基本一致。并且在對多極少齒結(jié)構(gòu)電機的漏磁系數(shù)進行研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該類電機的漏磁系數(shù)的計算方法。 其次，采用了針對六相電機的22極24槽結(jié)構(gòu)，使得電機的主要尺寸減小，電機定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對永磁體的形狀進行優(yōu)化，可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小，進而降低的轉(zhuǎn)矩波動。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動勢波形和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律。 通過對盤式永磁電機的磁場分布特點的研究，編寫了分環(huán)法盤式永磁電機電磁設(shè)計程序。通過對樣機設(shè)計值與實驗值比較，不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進行完善和修正，目前已經(jīng)形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉(zhuǎn)子盤體進行剛度計算，并且也對電機的定子進行了固有頻率的計算，保證了電機的可靠運行。 最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計制造了一臺5kW的雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細的實驗，實驗結(jié)果與理論分析基本一致。
上傳時間： 2013-07-29
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機根據(jù)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(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運行轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子位置信號，以實現(xiàn)永磁同步電機的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現(xiàn)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(qū)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(jié)果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)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(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)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(huán)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(jù)負載特性進行優(yōu)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(shè)計，文中詳細討論了位置估算程序和實現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計和調(diào)試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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航空蓄電池是重要的機載設(shè)備，在飛機安全飛行中起著重要的作用。蓄電池充電設(shè)備的性能直接影響著蓄電池的電氣性能和使用壽命，因此近年來航空蓄電池充電設(shè)備的研制已經(jīng)成為研究的熱點之一。論文研究一種采用上下位機聯(lián)合控制的航空蓄電池充放電系統(tǒng)，對鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池進行智能充電、放電和容量分析。 論文在綜合分析航空蓄電池充電器技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，運用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，設(shè)計了集充電、放電功能于一體的功率電路，并研制了基于DSP芯片TMS320F2812的充放電控制系統(tǒng)。論文詳細闡述了系統(tǒng)的設(shè)計方案、參數(shù)計算和控制方法。 論文以Visual Basic 6.0為開發(fā)環(huán)境，編制了航空蓄電池充放電系統(tǒng)的上位機軟件，實現(xiàn)了顯示、報警、打印、數(shù)據(jù)存儲與管理等功能。根據(jù)系統(tǒng)上下位機通信的需求，制定了通信協(xié)議并設(shè)計了基于RS-232串口的通信程序，實現(xiàn)了信息的交換與控制。 論文基于電路原理、自動控制原理等理論，建立了充電器控制系統(tǒng)的模型，并設(shè)計了以Buck電路為控制對象的系統(tǒng)仿真軟件。通過仿真分析，調(diào)整PID控制器的參數(shù)，優(yōu)化控制器的性能，并縮短了調(diào)試的周期。
上傳時間： 2013-08-02
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準確計算電機鐵耗一直是困擾電機設(shè)計者的一個難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機內(nèi)部磁場僅是交變磁化的，根據(jù)鐵磁材料在交變磁化條件下測量的數(shù)據(jù)，計算電機齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計算值與實測值之間的誤差通過經(jīng)驗系數(shù)來修正。這種方法對于已經(jīng)長期制造和使用的電機而言勉強適用，對于近年來發(fā)展很快的永磁電機、高速電機和其他新結(jié)構(gòu)電機，由于缺乏合適的經(jīng)驗系數(shù)，導(dǎo)致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經(jīng)證明電機的鐵耗有相當一部分是由旋轉(zhuǎn)磁化導(dǎo)致的，因此顧及旋轉(zhuǎn)磁化的電機鐵耗計算模型是本文的一個重要內(nèi)容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉(zhuǎn)磁化方式下的計算和測量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計算系數(shù)。本文提出并實現(xiàn)了數(shù)字式的25cm愛潑斯坦方圈測試系統(tǒng)，它可以測量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測試系統(tǒng)中對硅鋼片在圓形旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗進行了測量。結(jié)果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉(zhuǎn)磁化下的損耗要比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機鐵耗計算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數(shù)，但又能顧及到旋轉(zhuǎn)磁化帶來的影響。通過實際電機的計算和測試，表明軌跡法的計算結(jié)果在未經(jīng)任何系數(shù)修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復(fù)合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)電機等特點。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗證本文提出的鐵耗計算模型，本文成功地設(shè)計和制造了一臺采用軟磁復(fù)合材料的爪極式永磁電機，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過三維有限元分析，對該電機的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計算提出了計算方法。對該種電機的熱分析，本文提出了熱網(wǎng)絡(luò)法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過映射剖分法，使磁場和熱場模型中的單元總數(shù)、大小和順序保持完全一致，軌跡法計算得到的各單元鐵耗直接耦合進熱場進行計算，得到了電機準確的溫度分布。本文還進行了高速電機轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，合理地調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長度和軸承位置，使轉(zhuǎn)子的自然共振頻率遠離電機的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測試平臺對樣機進行了發(fā)電機狀態(tài)測試，并通過假轉(zhuǎn)子法測量了電機鐵耗，實驗結(jié)果證明了本文所用方法的可行性，得到的結(jié)論對軟磁復(fù)合材料的應(yīng)用及爪極式電機的設(shè)計與分析都具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著電機在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何測試、分析和抑制電機振動和噪聲，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。虛擬儀器技術(shù)，相比于傳統(tǒng)儀器擁有性能高、擴展性強等優(yōu)點，在工程測試等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)，建立電機噪聲和振動的測試分析系統(tǒng)是一種可行的解決途徑。 本文將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電機的噪聲和振動問題，建立了基于虛擬儀器的電機噪聲振動測試分析系統(tǒng)。全文主要研究工作分為三部分：前兩部分分別研究了系統(tǒng)的硬件和軟件組成，建立了完整的硬件和軟件系統(tǒng)；第三部分進行了噪聲振動實驗研究，驗證了系統(tǒng)的正確性和有效性。本文的主要研究內(nèi)容如下： 1．硬件部分。探討了系統(tǒng)的硬件組成，建立了以傳感器、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡為核心的測試系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件部分是正確采集電機噪聲和振動信號的關(guān)鍵，是測試分析的基礎(chǔ)。 2．軟件部分。用LabVIEw虛擬儀器編程語言完成了軟件部分的設(shè)計，實現(xiàn)了信號采集、顯示、處理、診斷、打印報告等一系列功能。針對電機噪聲振動的復(fù)雜性，建立了以快速傅里葉變換、功率譜函數(shù)分析、分數(shù)倍頻譜分析、小波分析等信號處理方法為核心的信號分析處理功能，并用最小二乘支持向量機實現(xiàn)了電機故障診斷功能。 3．實驗研究。實驗驗證了系統(tǒng)的信號采集、信號分析和故障診斷的正確性。構(gòu)造三類電機故障，實驗研究了采用最小二乘支持向量機進行故障診斷的有效性。 在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，提出了該電機噪聲和振動測試分析系統(tǒng)有待深入研究的若干問題。
上傳時間： 2013-07-22
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隨著無刷直流電機在工業(yè)控制和家用電器等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，其傳統(tǒng)的帶位置傳感器無刷直流電機控制呈現(xiàn)出越來越多的局限性，由此，無位置傳感器控制便應(yīng)運而生，特別是“反電勢”法無位置傳感器控制逐漸受到了人們的青睞，并成為無刷直流電機控制系統(tǒng)的研究熱點及發(fā)展主流。 論文在詳細介紹了無刷直流電機的運行原理及數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對反電勢過零檢測法無位置傳感器控制的原理以及過零檢測電路的設(shè)計進行了詳細的分析和研究。由于在零速或低速時電機反電勢為零或很小，基于反電勢的控制方法都需要特殊的起動技術(shù)，本文在分析常有起動方法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了一種新的起動方法一轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)起動法，該起動方法包括轉(zhuǎn)子零初始位置檢測、轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)加速以及切換至反電勢法運行三個步驟，并通過仿真和實驗證明，與傳統(tǒng)的三段式起動方法相比，該起動方法具有更優(yōu)良的起動性能。同時，本文還對反電勢法無位置傳感器控制的檢測誤差及干擾影響進行了系統(tǒng)的理論分析，并提出了相應(yīng)的誤差補償及干擾抑制措施。 最后，確立了以MC56F805為核心的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，搭建了相應(yīng)的硬件實驗平臺。在Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境下完成了整個無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。實驗證明，所研制的試驗軟硬件平臺能很好地完成無刷直流電機無位置傳感器控制功能，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快速、可靠性高。
上傳時間： 2013-07-21
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在永磁無刷直流電機中，即使電樞繞組不通電，由于水磁體產(chǎn)生的磁場同定子鐵芯的齒槽相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即齒槽定位力矩。定位力矩使電機輸出轉(zhuǎn)矩波動，產(chǎn)生振動和噪聲。影響齒槽轉(zhuǎn)矩的因素很多，如齒槽的數(shù)量、齒槽形狀、斜槽角度、磁鋼的極弧系數(shù)以及輔助凹槽等等，因此，準確計算定位力矩較為復(fù)雜。本文利用麥克斯韋張量法來分析定位力矩，為電機設(shè)計提供理論參考。文中闡述了齒槽力矩產(chǎn)生機理，綜述了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，探討了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的發(fā)展趨勢。 本文以永磁無刷直流電機為對象，利用Ansoft有限元仿真軟件，通過有限元分析對改變槽口寬度、定子斜槽、改變極弧系數(shù)和定子沖片增加輔助凹槽對定位力矩的影響進行了研究。深入分析了沖片輔助凹槽對抑制永磁無刷直流電機定位力矩的作用，因為沖片面加輔助凹槽的方法，生產(chǎn)中便于加工，對電機性能影響很小。結(jié)果表明，同一沖片上在對稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對稱地加兩個輔助凹槽時，輔助凹槽角度不同作用不同。對不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。 最后對這幾種抑制定位力矩的方法進行優(yōu)化組合，找出了一個最優(yōu)的抑制永磁無刷直流電機定位力矩的方案。
上傳時間： 2013-06-18
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帶整流負載的同步發(fā)電機在一些需要高品質(zhì)直流電源的場所，如艦船電力推進、郵電通訊、飛機等電源系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并且受到了許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及數(shù)字仿真、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)分析以及運行穩(wěn)定性等方面。 本文對MATLAB/Simulink中的電機模型進行了深入的研究。針對MATTAB中電機仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子分解的狀態(tài)方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機仿真模型并進行了封裝，為進行帶整流橋負載同步電機系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎(chǔ)。 對帶整流橋負載同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行特性進行了分析，采用定、轉(zhuǎn)子分解模型建立了整流系統(tǒng)仿真模型。證明了在假定轉(zhuǎn)子磁鏈守恒，即忽略轉(zhuǎn)子電阻影響的條件下，定、轉(zhuǎn)子分解模型很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閹鄬ΨQ非線性負載的同步電機穩(wěn)態(tài)分析模型。介紹了根據(jù)這一模型推導(dǎo)出的解析計算公式，給出了計算方法和步驟，并編寫了計算程序，便于工程上直接使用。與仿真結(jié)果的對比驗證了該解析計算的正確性。同時，仿真證實了忽略轉(zhuǎn)子電阻影響會給計算結(jié)果帶來一定的誤差，但是，在轉(zhuǎn)子電阻正常值范圍內(nèi)，忽略其影響是允許的。 對帶有反電動勢負載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計算量大、計算時間長的問題，利用同步電機換相計算的穩(wěn)態(tài)公式，對同步電機分解模型的定子部分和整流橋部分進行了簡化處理，得到了同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析簡化模型。通過兩種模型的仿真計算，證實了該簡化模型與非簡化模型的仿真結(jié)果相當一致。這樣既解決了帶有反電動勢負載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計算的計算速度問題，也證明了換相過程及其產(chǎn)生的諧波對系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。
上傳時間： 2013-06-19
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