本課題是國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究內(nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過盈配合，用護(hù)套對永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過盈量，計(jì)算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計(jì)算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，采用有限元法計(jì)算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計(jì)算方法設(shè)計(jì)的1臺(tái)采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計(jì)，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個(gè)槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個(gè)槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過長的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點(diǎn)是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計(jì)算對高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計(jì)算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測定。然后采用場路耦合的方法，分析計(jì)算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動(dòng)勢波形。通過與仿真結(jié)果的對比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計(jì)方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文研究的電磁阻尼器是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心杯發(fā)電機(jī)，它主要用于對能量的吸收和耗散，達(dá)到減振消能的目的，是具有很高單位耗能的能量吸收元件。電磁阻尼器的應(yīng)用十分廣泛，已涉及航天、航空、電力等諸多領(lǐng)域，有著廣闊的市場前景。 采用電磁場分析軟件建立了電磁阻尼器的仿真模型，仿真分析了電磁阻尼器阻尼力矩與定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。 介紹了常規(guī)空心杯電機(jī)與電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)、發(fā)展和應(yīng)用，基于Ansoft公司的電磁場分析軟件Maxwell 2D學(xué)生版軟件建立了電磁阻尼器靜磁場的二維仿真模型，分別對不同充磁方向、極弧系數(shù)、磁極對數(shù)的氣隙磁密分布進(jìn)行了靜態(tài)仿真分析，得出了相應(yīng)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用Infolytica公司的電磁場分析軟件MagNet對電磁阻尼器的二維穩(wěn)態(tài)磁場進(jìn)行了仿真，研究了如下內(nèi)容： (1)定子磁路結(jié)構(gòu)中的磁鋼材料、磁鋼充磁方向、定子磁極對數(shù)的改變對力矩特性的影響； (2) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)中的轉(zhuǎn)子長度、轉(zhuǎn)子材料、轉(zhuǎn)子厚度、轉(zhuǎn)子平均直徑、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向的改變對力矩特性的影響。根據(jù)所得的阻尼力矩仿真數(shù)據(jù)，基于Excel軟件的曲線擬合和Matlab軟件對擬合曲線進(jìn)行的數(shù)值分析，求得了力矩特性斜率與上述參數(shù)的關(guān)系式。此關(guān)系式為探索電磁阻尼器的工程設(shè)計(jì)方法提供了一定理論依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。 最后，將仿真計(jì)算得到的阻尼力矩值與實(shí)驗(yàn)測得的阻尼力矩值進(jìn)行了對比，分析了誤差產(chǎn)生的原因。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對同步發(fā)電機(jī)乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜，對同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性提出了更高的要求。本文根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的國內(nèi)外發(fā)展趨勢，研究開發(fā)了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發(fā)電機(jī)DSP勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。 本文首先介紹了數(shù)字勵(lì)磁的發(fā)展歷程、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，然后介紹了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢，提出了基于數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案。 在詳細(xì)解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎(chǔ)上，提出了勵(lì)磁系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法；完成了IGBT勵(lì)磁裝置主回路和 IGBT 保護(hù)及驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)；進(jìn)行調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)和高速的實(shí)時(shí)處理能力，用單片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)保護(hù)等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵(lì)磁控制器的硬件結(jié)構(gòu)，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了勵(lì)磁控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的仿真模型。仿真結(jié)果表明，采用 TMS320F2812的同步發(fā)電機(jī)IGBT勵(lì)磁系統(tǒng)具有響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)靈敏、控制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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為設(shè)計(jì)高性能、低損耗的電機(jī)，需要準(zhǔn)確地分析電機(jī)鐵耗。本文從鐵磁材料的磁化特點(diǎn)出發(fā)，以分離鐵耗模型為基礎(chǔ)，對交變磁化以及旋轉(zhuǎn)磁化條件下鐵磁材料和電機(jī)的鐵耗進(jìn)行分析和計(jì)算，分別從理論和實(shí)踐角度著重就電機(jī)鐵耗計(jì)算和測量中的一些相關(guān)問題作了深入研究。 按照分離鐵耗模型，鐵心損耗可以分成磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗。本文首先從交流磁滯回線的產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，在Preisach靜態(tài)磁滯模型的基礎(chǔ)上，利用極限磁滯回線的對稱性，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了Preisach人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)磁滯仿真模型，實(shí)現(xiàn)了對鐵磁材料交流磁滯回線的理論計(jì)算，為磁滯損耗的理論分析和計(jì)算奠定了基礎(chǔ)；為對交流磁滯回線進(jìn)行實(shí)測，本文給出了一種采用愛潑斯坦方圈測量鐵磁材料交流磁滯回線與磁滯損耗的新方法，該方法克服了環(huán)形樣片測量法的不足，操作簡單，且測量精度高，具有較好的實(shí)用價(jià)值。利用該方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很好地驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果。 對渦流損耗以及異常損耗的計(jì)算模型，本文系統(tǒng)地給出了其推導(dǎo)過程，對模型中的參數(shù)進(jìn)一步加以明確，并對模型的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。鐵磁材料異常損耗計(jì)算模型是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理推導(dǎo)而來的，模型中參數(shù)的確定涉及到鐵磁材料的微觀特性，本文給出了通過實(shí)驗(yàn)確定其參數(shù)的具體方法；考慮到工程中異常損耗計(jì)算模型是其理論模型的簡化形式，文中對兩者的差別進(jìn)行了分析。 在分析電機(jī)鐵耗時(shí)，既要考慮鐵心材料本身的損耗特性，也要考慮電機(jī)供電方式以及鐵心中磁場變化等因素對鐵耗的影響。在對鐵磁材料損耗特性分析的基礎(chǔ)上，本文考慮到局部磁滯回環(huán)對電機(jī)鐵耗的影響，推導(dǎo)了計(jì)及局部磁滯作用的電機(jī)鐵耗模型，并從理論上對C.P.Steinmetz的磁滯損耗經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了驗(yàn)證，從而明確了公式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的物理意義；同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)研究，分析了磁化頻率對磁滯損耗系數(shù)的影響，提出了在磁化頻率較高時(shí)分段確定磁滯損耗系數(shù)的方法；考慮到現(xiàn)代電機(jī)控制策略以及供電方式的多樣性，本文對正弦波、方波以及三角波電壓供電時(shí)鐵心材料的交變鐵耗模型分別進(jìn)行了推導(dǎo)，給出了其解析表達(dá)式，并通過實(shí)測證明了模型的有效性；對SPWM這類應(yīng)用較為廣泛的非正弦供電方式，推導(dǎo)了電機(jī)交變損耗的一般計(jì)算模型，分析了SPWM變頻器供電時(shí)電機(jī)鐵耗與變頻器參數(shù)的關(guān)系，給出了其關(guān)系的數(shù)量表達(dá)式; 同時(shí)采用改進(jìn)的愛潑斯坦方圈試驗(yàn)平臺(tái)對非正弦供電條件下的鐵磁材料損耗和電機(jī)鐵耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 考慮到電機(jī)鐵心制造過程中沖壓對鐵心材料特性的影響，本文提出了一套簡便的對鐵磁材料進(jìn)行沖壓影響研究的實(shí)驗(yàn)方法，利用該方法，有效地對材料的沖壓影響特性進(jìn)行了分析。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，本文推導(dǎo)了考慮沖壓影響時(shí)的鐵磁材料損耗的修正系數(shù)，從而在傳統(tǒng)交變鐵耗分離模型的基礎(chǔ)上，建立了計(jì)及沖壓影響的電機(jī)鐵耗計(jì)算模型。對模型中引入的沖壓影響修正系數(shù)，給出了詳細(xì)的推導(dǎo)過程和明確的計(jì)算方法，從而使傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)修正方法得到改善。 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，除交變磁化外，同時(shí)還存在大量的旋轉(zhuǎn)磁化。本文對旋轉(zhuǎn)磁化的物理機(jī)理進(jìn)行了初步探討，分析了旋轉(zhuǎn)磁化條件下的損耗特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹了當(dāng)前鐵磁材料旋轉(zhuǎn)磁化性能以及旋轉(zhuǎn)磁化損耗實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算的方法和手段。 在以上鐵耗理論的基礎(chǔ)上，充分考慮鐵心的非線性及磁滯特性，本文建立了一般條件下的鐵心動(dòng)態(tài)電路模型，并將該模型應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)鐵心等效電路中，推導(dǎo)了異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)鐵耗的分離等效電阻。以一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)為樣機(jī)，采用以上鐵耗的動(dòng)態(tài)分離等效電阻，有效地對電機(jī)鐵耗進(jìn)行了分離，從而為深入研究電機(jī)的動(dòng)態(tài)鐵耗特性提供了便利。 論文最后以一臺(tái)永磁無刷直流電機(jī)為例，對電機(jī)的運(yùn)行特性以及鐵心損耗進(jìn)行了分析計(jì)算。分析中應(yīng)用場路結(jié)合法，建立了永磁無刷電機(jī)換流等效電路模型，采用鏡像法建立了深槽無刷電機(jī)電樞反應(yīng)分析模型；在電機(jī)鐵耗分析中，推導(dǎo)了考慮旋轉(zhuǎn)磁化的電機(jī)鐵耗工程計(jì)算模型，對樣機(jī)鐵耗進(jìn)行了理論計(jì)算，并通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對旋轉(zhuǎn)磁化條件下的樣機(jī)空載鐵耗進(jìn)行了測量，最終理論值與實(shí)測值吻合良好，證明了上述方法的有效性。
標(biāo)簽： 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 損耗 分
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)鐵耗一直是困擾電機(jī)設(shè)計(jì)者的一個(gè)難題。傳統(tǒng)方法是假設(shè)電機(jī)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(jì)算電機(jī)齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計(jì)算值與實(shí)測值之間的誤差通過經(jīng)驗(yàn)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(jī)而言勉強(qiáng)適用，對于近年來發(fā)展很快的永磁電機(jī)、高速電機(jī)和其他新結(jié)構(gòu)電機(jī)，由于缺乏合適的經(jīng)驗(yàn)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(jī)的鐵耗有相當(dāng)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(jī)鐵耗計(jì)算模型是本文的一個(gè)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(jì)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(jì)算系數(shù)。本文提出并實(shí)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(jìn)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(jī)鐵耗計(jì)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(shí)際電機(jī)的計(jì)算和測試，表明軌跡法的計(jì)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(jī)等特點(diǎn)。為了探索這種材料在高頻領(lǐng)域中的應(yīng)用和驗(yàn)證本文提出的鐵耗計(jì)算模型，本文成功地設(shè)計(jì)和制造了一臺(tái)采用軟磁復(fù)合材料的爪極式永磁電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文通過三維有限元分析，對該電機(jī)的磁通、磁鏈、電感、轉(zhuǎn)矩和鐵耗等參數(shù)和性能的計(jì)算提出了計(jì)算方法。對該種電機(jī)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(jī)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(jì)算得到的各單元鐵耗直接耦合進(jìn)熱場進(jìn)行計(jì)算，得到了電機(jī)準(zhǔn)確的溫度分布。本文還進(jìn)行了高速電機(jī)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(yuǎn)離電機(jī)的工作頻率范圍。本文構(gòu)建了一測試平臺(tái)對樣機(jī)進(jìn)行了發(fā)電機(jī)狀態(tài)測試，并通過假轉(zhuǎn)子法測量了電機(jī)鐵耗，實(shí)驗(yàn)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(jī)的設(shè)計(jì)與分析都具有很好的參考價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-06-27
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近年來，隨著人們生活的改善，機(jī)動(dòng)車輛得到迅速發(fā)展，其排放的尾氣己造成城市空氣嚴(yán)重污染，一些城市相繼制定法規(guī)限制摩托車和燃油助力車的使用來保護(hù)環(huán)境。于是發(fā)展綠色交通工具已成為一個(gè)重要的課題。電動(dòng)車具有輕便、無污染、低噪音和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，成為比較理想的交通工具。開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、可靠性高、能在較寬的速度范圍內(nèi)高效運(yùn)行、而且堅(jiān)固耐用，適合于在惡劣條件下應(yīng)用等特點(diǎn)決定了其非常適合于車輛負(fù)載。 本文主要研究四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在兩輪電動(dòng)車中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了以AVR單片機(jī)為主控芯片的電動(dòng)車控制器。1.根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了SR 電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析并確定了開關(guān)磁阻電機(jī)的位置信號(hào)檢測方法，制定了該系統(tǒng)使用的控制策略：采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，通過AVR單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)時(shí)器T/C2輸出的PWM斬波調(diào)壓間接地調(diào)節(jié)電流以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.以AVR單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的各硬件電路，主要有電源轉(zhuǎn)換電路和電壓采樣電路、系統(tǒng)功率電路及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、位置信號(hào)檢測電路和電流檢測與保護(hù)電路。3.在硬件電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制軟件，并對電動(dòng)車的剎車、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)和定速巡航等功能加以改善和提高。最后對所開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，通過實(shí)驗(yàn)得到的速度電流波形證實(shí)了該控制器的可行性。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機(jī) 制器設(shè)計(jì) 電動(dòng)車
上傳時(shí)間： 2013-07-25
上傳用戶：qiuqing
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高速永磁無刷直流電機(jī)應(yīng)用前景越來越廣闊，有較大的研究價(jià)值，對其電磁性能進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和設(shè)計(jì)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機(jī)，尤其是高速永磁電機(jī)的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)和樣機(jī)制造和實(shí)驗(yàn)等做了大量的工作： 對電機(jī)的磁路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)：從磁路結(jié)構(gòu)入手，分析了定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體的各種結(jié)構(gòu)優(yōu)劣及其選型、選材的根據(jù)；講述了場路結(jié)合的分析計(jì)算方法；給出了極數(shù)、槽數(shù)、繞組、轉(zhuǎn)子參數(shù)、定子參數(shù)和軸承的參數(shù)確定方法。 對永磁無刷直流電機(jī)的電路進(jìn)行分析：從電機(jī)磁場分析入手，根據(jù)齒磁通分析計(jì)算了電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢；根據(jù)此電動(dòng)勢的波形，推導(dǎo)了三相六狀態(tài)控制時(shí)，電動(dòng)勢的電路計(jì)算模型，重點(diǎn)推導(dǎo)了電動(dòng)勢平頂寬度小于120度電角度時(shí)的電路模型，指出換相前電流波形出現(xiàn)尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機(jī)性能的影響；給出了基于能量攝動(dòng)法計(jì)算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的損耗尤其是鐵耗較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來計(jì)算鐵耗的傳統(tǒng)方法已顯得力不從心，如何準(zhǔn)確計(jì)算高速永磁無刷直流電機(jī)內(nèi)的鐵耗是困擾電機(jī)工作者的一個(gè)難題，本文根據(jù)Bertotti鐵耗分立計(jì)算模型，進(jìn)一步推導(dǎo)了考慮電機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁化對鐵耗的影響的鐵耗計(jì)算模型，其各項(xiàng)損耗系數(shù)是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數(shù)據(jù)通過回歸計(jì)算得到。通過實(shí)際電機(jī)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試，表明此計(jì)算模型有較高的準(zhǔn)確度。隨著電機(jī)內(nèi)損耗的增大，溫升也是一個(gè)重要問題，為了了解電機(jī)內(nèi)的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網(wǎng)絡(luò)法永磁無刷直流電機(jī)的溫升計(jì)算模型，并對電機(jī)進(jìn)行了溫升計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機(jī)的電磁計(jì)算方法，建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機(jī)的效率進(jìn)行了優(yōu)化，給出了優(yōu)化算例，并做出樣機(jī)，通過對優(yōu)化前后的方案做出樣機(jī)并進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究：位置檢測技術(shù)、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統(tǒng)換相角問題，它們都對電機(jī)的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機(jī)中的安裝應(yīng)用；功率管壓降對起動(dòng)電流、功率的影響問題；控制系統(tǒng)提前或滯后換相對電機(jī)電流，輸出性能的影響，提出適當(dāng)提前換相有利于電機(jī)出力。 做出永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要包括高速永磁無刷直流電機(jī)、內(nèi)置式永磁無刷直流電機(jī)、高壓永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)、性能分析、樣機(jī)制作、實(shí)驗(yàn)分析等。建構(gòu)了對樣機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)測試、電動(dòng)機(jī)測試、損耗測量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過在測試時(shí)使用假轉(zhuǎn)子的方法成功分離出了電機(jī)鐵耗和機(jī)械損耗，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機(jī)的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)理論和分析方法，并通過樣機(jī)的制造和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步的驗(yàn)證了這些理論和方法的準(zhǔn)確性，這對永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有很好的參考價(jià)值。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 性能分析
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：阿四AIR
本課題的研究工作主要圍繞機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)展開，所做的主要工作包括以下幾個(gè)部分： 首先，釹鐵硼永磁材料導(dǎo)電率較高、耐熱性能較差，當(dāng)電機(jī)氣隙磁場諧波含量較大時(shí)，永磁體中就會(huì)感應(yīng)出渦流形成渦流損耗導(dǎo)致永磁體發(fā)熱。因此，有必要對轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)的渦流進(jìn)行計(jì)算和分析。本文分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)渦流產(chǎn)生的原因，建立渦流的數(shù)學(xué)模型并推導(dǎo)出永磁體渦流損耗的計(jì)算公式。用ANSOFT有限元軟件建立電動(dòng)機(jī)的物理模型進(jìn)行電磁場求解，結(jié)合路的計(jì)算公式算出永磁體的渦流損耗。 其次，運(yùn)行平穩(wěn)性是伺服電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，而轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的大小直接影響運(yùn)行平穩(wěn)性。本文分析了機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)產(chǎn)生的原因，運(yùn)用轉(zhuǎn)矩波動(dòng)計(jì)算公式結(jié)合ANSOFT有限元軟件，計(jì)算比較相同功率、相同極數(shù)不同槽數(shù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)情況。通過比較計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)百分比的大小，選擇所設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的極槽配合，以提高機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。 最后，完成機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)尺寸以及電磁參數(shù)的選取，利用有限元軟件，分析計(jì)算氣隙長度變化對失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和永磁體用量的影響，以及永磁體寬度對氣隙磁密波形的影響，以此合理選擇氣隙長度和永磁體的寬度，使電動(dòng)機(jī)的性能更優(yōu)良。在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)0.9kW，8極36槽的機(jī)床用永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)樣機(jī)，并對其性能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明，電機(jī)的性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的要求，證明了電機(jī)設(shè)計(jì)過程理論分析計(jì)算的正確性。
標(biāo)簽： 交流伺服 電動(dòng)機(jī) 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-06-13
上傳用戶：腳趾頭
隨著焊接技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，對于數(shù)字化焊機(jī)系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，本文開展了對數(shù)字化IGBT逆變焊機(jī)控制系統(tǒng)的研究工作，設(shè)計(jì)了數(shù)字化逆變焊機(jī)的主電路和控制系統(tǒng)的硬件部分。 本文首先介紹了“數(shù)字化焊機(jī)”的概念，分析了數(shù)字化焊機(jī)較傳統(tǒng)的焊機(jī)的優(yōu)勢，然后結(jié)合當(dāng)前數(shù)字化焊機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展形勢，針對數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的特點(diǎn)，闡明了進(jìn)行本課題研究的必要性和研究內(nèi)容。文章隨后列出了整個(gè)數(shù)字化逆變焊機(jī)的設(shè)計(jì)思路和方案，簡要介紹了數(shù)字信號(hào)處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點(diǎn)，較為詳細(xì)地解釋了以DSP為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。根據(jù)弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號(hào)。 逆變焊機(jī)的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結(jié)構(gòu)(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡略介紹了主電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及元件的選型和參數(shù)的計(jì)算，并對所設(shè)計(jì)的主電路進(jìn)行了Matlab計(jì)算機(jī)仿真研究。 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用TI(美國德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點(diǎn)，為弧焊逆變器控制系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供了條件。在DSP最小系統(tǒng)、電壓電流采樣調(diào)理模塊、保護(hù)模塊、鍵盤與顯示模塊等主要模塊的作用下對整個(gè)焊接電源進(jìn)行了實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制與焊接過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。控制電路采用脈寬調(diào)制方式(PWM)進(jìn)行輸出控制，即：控制IGBT的導(dǎo)通時(shí)間來實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出功率與輸出特性的控制。設(shè)計(jì)了專門的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經(jīng)過“分頻電路”分成兩路后，再經(jīng)IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊M57959L，進(jìn)行功率放大后，觸發(fā)IGBT。DSP對輸出電流和電弧電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，采用離散的PI控制算法計(jì)算后，輸出相應(yīng)的控制量來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬，進(jìn)而調(diào)制輸出電流，達(dá)到控制焊機(jī)輸出的目的。 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，得到了相應(yīng)的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門極驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)波形，該控制系統(tǒng)基本符合逆變焊機(jī)的工作要求。 最后，在對本文做簡要總結(jié)的基礎(chǔ)上，對于本逆變焊機(jī)的進(jìn)一步完善工作提出了建議，為數(shù)字化焊機(jī)控制系統(tǒng)今后更加深入的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-08-01
上傳用戶：x4587
勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 基于此，利用仿真的方式對勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究并給出了相關(guān)結(jié)論，同時(shí)提出了一些新的控制算法，并建立了一個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)。 首先，從同步電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)的模型入手，根據(jù)研究需要修改了同步電機(jī)的仿真模型，詳細(xì)地介紹了檢測單元、控制單元和勵(lì)磁系統(tǒng)主回路模型，在總結(jié)普通PID調(diào)節(jié)方式不足的基礎(chǔ)上提出了一種性能優(yōu)越的非線性PID控制方式。 其次，分別在有刷和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)下，對普通PID、非線性PID和模糊自適應(yīng)PID三種控制方式在階躍響應(yīng)和突變負(fù)載的情況下進(jìn)行仿真，對輸出的機(jī)端電壓進(jìn)行分析并得出相關(guān)結(jié)論。 除了對通用的勵(lì)磁控制算法進(jìn)行仿真分析外，提出了一種基于同步電機(jī)本身的勵(lì)磁控制算法，這種控制方式是對勵(lì)磁電流進(jìn)行閉環(huán)控制，并輔以非線性的PID控制進(jìn)行進(jìn)行精度調(diào)節(jié)。針對這種方式，提出了兩種實(shí)現(xiàn)方案。同樣在有刷和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)下進(jìn)行階躍響應(yīng)和突變負(fù)載的仿真分析研究。仿真測試表明，這種控制算法在控制的快速性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于通用的控制方式。 最后，鑒于勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真的重復(fù)性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵(lì)磁控制仿真平臺(tái)，借助此平臺(tái)對SIMULINK模型操作，可以方便地實(shí)現(xiàn)對參數(shù)的設(shè)置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關(guān)的輔助操作等等，可以極大地簡化仿真的操作過程，提高仿真的效率。另外，此平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)也為其它系統(tǒng)類型仿真界面的建立提供了重要的參考。
標(biāo)簽： 同步發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁控制 仿真研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：lwt123
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