帶整流負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)在一些需要高品質(zhì)直流電源的場所，如艦船電力推進(jìn)、郵電通訊、飛機(jī)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(yùn)行穩(wěn)定性等方面。 本文對(duì)MATLAB/Simulink中的電機(jī)模型進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)MATTAB中電機(jī)仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機(jī)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(jī)仿真模型并進(jìn)行了封裝，為進(jìn)行帶整流橋負(fù)載同步電機(jī)系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎(chǔ)。 對(duì)帶整流橋負(fù)載同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)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?zhǔn)睾悖春雎赞D(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?duì)稱非線性負(fù)載的同步電機(jī)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(jì)算公式，給出了計(jì)算方法和步驟，并編寫了計(jì)算程序，便于工程上直接使用。與仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了該解析計(jì)算的正確性。同時(shí)，仿真證實(shí)了忽略轉(zhuǎn)子電阻影響會(huì)給計(jì)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(duì)帶有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長的問題，利用同步電機(jī)換相計(jì)算的穩(wěn)態(tài)公式，對(duì)同步電機(jī)分解模型的定子部分和整流橋部分進(jìn)行了簡化處理，得到了同步發(fā)電機(jī)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(jì)算，證實(shí)了該簡化模型與非簡化模型的仿真結(jié)果相當(dāng)一致。這樣既解決了帶有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計(jì)算的計(jì)算速度問題，也證明了換相過程及其產(chǎn)生的諧波對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。
標(biāo)簽： 整流 同步發(fā)電機(jī) 分
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隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人們對(duì)數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求的日益提 高，近年來數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到了長足的發(fā)展，主要表現(xiàn)為精度越來越高， 傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇臁５歉鞣N基于ISA、PCI 等總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存 在著安裝麻煩、受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制、可擴(kuò)展性 差等缺陷，嚴(yán)重的制約了它們的應(yīng)用范圍。USB 總線的出現(xiàn)很好的解決了 上述問題，它是1995 年INTEL、NEC、MICROSOFT、IBM 等公司為解決傳 統(tǒng)總線的不足而推出的一種新型串行通信標(biāo)準(zhǔn)。為了適應(yīng)高速傳輸?shù)男?要，2004 年4月，這些公司在原來1.1 協(xié)議的基礎(chǔ)上制定了USB2.0 傳輸 協(xié)議，使傳輸速度達(dá)到了480Mb/s。該總線具有安裝方便、高帶寬、易擴(kuò) 展等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。 以高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSPs）為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)近 年來發(fā)展迅速，并獲得了廣泛的應(yīng)用。TMS320C6713 是德州儀器公司 （ Texas Instrument ） 推出的浮點(diǎn)DSPs ， 其峰值處理能力達(dá)到了 1350MFLOPS，是目前國際上性能最高的DSPs 之一。同時(shí)該DSPs 接口豐 富，擴(kuò)展能力強(qiáng)，非常適合于做主控芯片。 基于TMS320C6713 和USB2.0，本文設(shè)計(jì)了一套多路實(shí)時(shí)信號(hào)采集系 統(tǒng)。該設(shè)計(jì)充分利用了高速數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713 和USB 芯片 CY7C68001 的各種優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了傳輸速度快，采樣精度高，易于擴(kuò)展，接口簡單的特點(diǎn)。在本文中詳細(xì)討論了各種協(xié)議和功能模塊的設(shè)計(jì)。本文 的設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分，其中硬件部分包括模擬信號(hào)輸入 模塊，AD 數(shù)據(jù)采集模塊，USB 模塊，所有的硬件模塊都在TMS320C6713 的協(xié)調(diào)控制下工作，軟件部分包括DSP 程序和PC 端程序設(shè)計(jì)。總的設(shè)計(jì) 思想是以TMS320C6713為核心，通過AD 轉(zhuǎn)換，將采集的數(shù)據(jù)傳送給 TMS320C6713 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過USB 接口傳送到上位 機(jī)。
上傳時(shí)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(jī)的基礎(chǔ)上,提出了正交圓柱結(jié)構(gòu)的兩自由度電機(jī),它是獨(dú)立設(shè)計(jì)的一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu).此電機(jī)可分解為兩個(gè)獨(dú)立的兩相混合式步進(jìn)電機(jī):分別為內(nèi)層小電機(jī)(外轉(zhuǎn)子兩相混合式步進(jìn)電機(jī))和外層大電機(jī)(扇形結(jié)構(gòu)的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)).本文以兩自由度電機(jī)為對(duì)象,采用"齒層比磁導(dǎo)法",對(duì)電機(jī)的矩角特性進(jìn)行計(jì)算和分析,用得到的矩角特性與設(shè)計(jì)要求相比較,從而為優(yōu)化尺寸設(shè)計(jì)提供參考.
上傳時(shí)間： 2013-07-19
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本文的研究工作主要是圍繞著變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁電源研究展開的.根據(jù)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)交流勵(lì)磁電源的要求,本文首先對(duì)目前適合用作交流勵(lì)磁電源的六種變換器進(jìn)行了詳細(xì)深入地比較分析,認(rèn)為在目前的電力電子技術(shù)條件下,兩電平電壓型雙PWM變換器是可用作變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁電源的最具優(yōu)勢(shì)的一種變換器,而多電平與軟開關(guān)技術(shù)的結(jié)合將是交流勵(lì)磁電源的發(fā)展方向.對(duì)網(wǎng)側(cè)PWM變換器的無電網(wǎng)電壓傳感器控制技術(shù)進(jìn)行了研究,提出了一種基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的無電網(wǎng)電壓傳感器的矢量控制方案,解決了初始虛擬電網(wǎng)磁鏈準(zhǔn)確觀測(cè)的難點(diǎn),使網(wǎng)側(cè)PWM變換器不用對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣即可實(shí)現(xiàn)矢量控制,省去了電網(wǎng)電壓傳感器及其處理電路但并不影響其控制性能,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方案的良好控制性能.在轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器的研究中,在電網(wǎng)電壓恒定的情況下對(duì)DFIG矢量形式的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化,進(jìn)行了基于定子磁鏈定向和基于定子電壓定向的轉(zhuǎn)子電流環(huán)控制器的設(shè)計(jì)研究.深入分析了DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能追蹤的機(jī)理和實(shí)現(xiàn)的方案,設(shè)計(jì)了基于定子電壓定向矢量控制、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤、有功和無功功率解耦的DFIG的控制方案.最后,將變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行研究拓展到了電網(wǎng)故障條件下的運(yùn)行控制.建立了計(jì)及電網(wǎng)電壓故障的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)完整仿真模型,為系統(tǒng)不間斷運(yùn)行的研究、改進(jìn)控制策略的驗(yàn)證和其它探索性研究提供了一個(gè)很好的平臺(tái).
上傳時(shí)間： 2013-06-17
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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(duì)象，針對(duì)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(duì)象。對(duì)IBFBC進(jìn)行了詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)分析和小信號(hào)建模分析，為其分析、設(shè)計(jì)和搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(duì)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(duì)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(tái)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。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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(cè)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(hào)發(fā)生電路、定子電流檢測(cè)電路、直流母線電壓檢測(cè)電路、智能功率模塊驅(qū)動(dòng)電路、速度檢測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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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矢量控制作為一種先進(jìn)的控制策略，是在電機(jī)統(tǒng)一理論、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)變換理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有先進(jìn)性、新穎性和實(shí)用性的特點(diǎn)。它是以交流電動(dòng)機(jī)的雙軸理論為依據(jù)，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個(gè)直流分量：一個(gè)分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希Q為勵(lì)磁電流分量；另一個(gè)分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶看怪保Q為轉(zhuǎn)矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的位置及大小，即可控制勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的大小，實(shí)現(xiàn)像直流電動(dòng)機(jī)那樣對(duì)磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。 分析了脈寬調(diào)制和矢量控制的原理與實(shí)現(xiàn)方法，從而建立了異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導(dǎo)了三相坐標(biāo)系、兩相靜止與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)基本方程和矢量控制基本公式。同時(shí)在進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制圖，并結(jié)合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)矢量控制的基本原理，設(shè)計(jì)了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統(tǒng)。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數(shù)據(jù)的交換，并能在一方失控時(shí)另一方立即產(chǎn)生SVPWM波形。同時(shí)完成無線遙控、速度給定、數(shù)據(jù)顯示以及電流、速度檢測(cè)和保護(hù)等功能，也對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護(hù)電路、電流和轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)軟件流程圖，并用C語言進(jìn)行了編程。用硬件描述語言Verilog對(duì)FPGA進(jìn)行了編程，并給出了相關(guān)的仿真波形。MATLAB仿真結(jié)果表明，本文研究的調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制算法是成功的，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的高性能控制。
上傳時(shí)間： 2013-07-09
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與傳統(tǒng)的徑向磁通圓柱式電機(jī)相比，軸向磁通的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)有著許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)較為簡單，加工及裝配費(fèi)用低，電機(jī)運(yùn)行可靠，不需勵(lì)磁電流，提高了電機(jī)的效率和功率密度。盤式電機(jī)永磁化是一種發(fā)展趨勢(shì)，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(jī)，但還處于試制階段，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對(duì)該電機(jī)的氣隙磁密進(jìn)行分析，對(duì)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(jī)的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應(yīng)用，對(duì)永磁材料的性能及選取、聚磁技術(shù)、電機(jī)磁場計(jì)算所需理論和有限元軟件進(jìn)行了介紹。 2) 將電機(jī)內(nèi)的電磁場、有限元軟件和盤式無鐵心永磁電機(jī)特殊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了近二十個(gè)有限元計(jì)算程序，組成一個(gè)針對(duì)盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的計(jì)算軟件包，由這些計(jì)算程序出發(fā)，對(duì)盤式無鐵心永磁同步電機(jī)進(jìn)行一系列仿真分析計(jì)算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時(shí)，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(dǎo)出到文本文件，再由其它數(shù)學(xué)工具進(jìn)行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過程中由于導(dǎo)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(duì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于有限元軟件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)量很大，如果對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)的特點(diǎn)編寫了一個(gè)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(chǔ)上，對(duì)基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)進(jìn)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(duì)電機(jī)氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時(shí)氣隙磁場分析、采用不同角度Halbach陣列時(shí)的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機(jī)設(shè)計(jì)過程中永磁體的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 4) 在對(duì)盤式無鐵心永磁同步電機(jī)磁場進(jìn)行詳盡的分析的基礎(chǔ)之上，本文提出了對(duì)該電機(jī)的新設(shè)計(jì)方案，并就此方案進(jìn)行了建模分析，結(jié)果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結(jié)構(gòu)的氣隙磁密更為理想。此外，還對(duì)新模型從定性的角度進(jìn)行了渦流損耗分析，分析表明其結(jié)構(gòu)有利于減小渦流損耗。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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(duì)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(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)的基本原理，從整體上對(duì)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(jí)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(duì)無位置傳感器無刷電機(jī)的起動(dòng)和反電勢(shì)過零檢測(cè)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(duì)電機(jī)的起動(dòng)過程和位置檢測(cè)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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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(duì)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(duì)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(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)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(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)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(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)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(duì)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(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)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(shì)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
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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