永磁无刷直流电机是近年来随着电力电子技术的发展和新型永磁材料的出现而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机,由于采用了高性能的永磁材料和电子控制技术,它具有单位体积转矩高、转矩惯性比小,起动转矩高,调速特性好等优点,因而在航空航天、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备及家用电器等方面都获得了广泛的应用.该文讨论了永磁无刷电机的电磁分析方法,提出了场路结合的分析方法并阐述了其原理,并以此对永磁无刷直流电机的电磁性能进行了分析.该文着重于电机的设计,结合了ANSYS有限元计算软件与AutoCAD的二次开发技术建立了一套较完整和实用的CAD软件,并以此软件为基础,设计制造了外转子低速电机的样机并对之进行了实验测试,并将测试结果与通过软件计算的结果进行了比较与分析.
上传时间： 2013-06-14
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该文应用集成电路设计以及单片机控制的各种知识,根据电动机的工作特性对三相电动机智能保护器进行了比较深入的研究.利用功能强大的单片机技术,完成智能保护器的硬件电路设计,并编制完整的电动机保护程序,最终实现过压、欠压、过载等多种保护功能,弥补了传统保护器的许多缺陷.这种产品由于功能完善且可靠性高,必定会给配电控制系统带来好处,可以带来巨大的社会效益,另一方面也能为产品的制造厂家带来可观的经济效益.
上传时间： 2013-06-03
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该文通过研究直流调速系统双向功率变换电路,提出一种ZCZVS Boost双向DC/DC变换器与VVVF变频调速器相结合,驱动鼠笼型异步电机的节能型电动车交流驱动系统.该系统在功能上实现了车辆刹车减速或下坡制动时能量的回馈,达到节能、提高能量使用效率和增加车辆行驶距离的目的;采用交流异步电机,克服了传统直流驱动系统的诸多缺陷,降低了成本,减少了维护;采用ZCZVS技术,降低了电磁干扰和损耗,提高了效率;另外,在逆变主电路中采用IPM模块,简化了系统结构,节约了空间,提高了整个系统的可靠性和经济性.论文详细分析了系统工作原理,进行了拓扑和参数设计,并完成一套300W样机的制作,通过相应的仿真和实验测试,验证了系统的可行性,特别适用于频繁减速或刹车制动的电动车辆.预计该系统在旅游风景区、山城等将有很好的应用前景.
上传时间： 2013-07-01
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目前,在电压互感器设计中,虽有人进行过可靠性设计利优化设计方面的研究,但采用的方法仍为传统方法.本文采用现代设计方法,它将有限元分析、可靠性设计技术利优化设计技术有机的结合起来,因此采用现代设计方法得到的方案比利用传统设计方法设计出的方案更加经济合理.首先,本文简单介绍了电压互感器的原理,描述了电压互感器的分类、基本参数和误差分析.第二,本文研究了电磁场有限元分析原理,介绍了麦克斯韦方程和电磁场微分方程.本文采用大型通用有限元分析软件ANSYS对电压互感器进行二维电磁场有限元分析,对电压互感器建立了有限元数学模型和网格剖分,对有限元模型加载了边界条件并进行了求解.研究了二维磁场分析单元PLANE53单元利电路模拟单元CIRCU124单元的特点及使用方法.第三,对电压互感器的瓷套部分进行了可靠性设计.瓷套所受的弯曲负荷应力很多,主要包括:风力负荷产生的弯曲应力,地震负荷产生的弯曲应力,产品运输中倾斜产生的弯曲应力.本文研究了瓷套的应力分布的确定方法,将多种应力叠加在一起,推出了应力分布参数的计算公式.瓷套的应力、强度利各设计变量均可认为服从正态分布,在设计时作为正态分布变量处理.本文应用应力-强度干涉理论,对电压互感器瓷套的可靠性设计方法进行了研究.第四,研究了ANSYS软件的优化设计模块,研究了采用ANSYS软件进行优化设计的步骤和优化工具及方法.利用ANSYS软件的参数化设计语言与其OPT模块,实现了有限元数值计算与优化设计的有机结合.并以额定一次电压35KV,额定二次电压100V,额定频率50HZ的电压互感器为例,进行了有限元分析计算利优化设计.根据电压互感器产品设计的实际情况,确定设计变量为绕组导线规格和铁心结构尺寸.优化循环结束以后,可以选择列出所有参数的数值,也可以只列出优化变量,可以用图显示指定的参数随序列号的变化情况,通过多方案的比较,得到最优方案.将现代设计方法应用于生产厂家,可节省研究开支,大大缩短开发周期,减少计算误差,减少试验费用,降低成本,提高产品的可靠性,因此本项目的研究具有良好的经济效益和社会效益.
上传时间： 2013-06-10
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开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间： 2013-07-05
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直线电动机直接驱动运动设备，省略了机械转换机构，完全消除机械传动元件的速度和加速度的物理极限，具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特征，是先进加工中心的标志。90年代中期以后，直线驱动技术在超精密定位领域中得到了广泛的应用，吸引了越来越多的研究机构和人员投入到这一领域中来。 永磁直线同步电机与普通的直线异步电机相比，具有效率高、输出力矩大、体积小、易于控制等优点，极大地提高了进给系统的快速响应性和运动精度，成为新一代超精密机床中最具有代表的技术。永磁直线同步电机伺服控制系统将是当前和今后直线电机发展应用的一个方向。 本文以直线电机理论为依据，以现有的实验设备及新的实验方法为基础，设计了永磁直线同步电动机控制系统，分析了永磁直线同步电机控制系统中存在的难点，并对直线电动机控制系统的控制性能进行了初步的实验研究。 首先，介绍了永磁直线同步电机的结构、工作原理、相关控制策略，对直线电机控制难点进行了探讨。在此基础上，设计了永磁直线同步电机的控制系统的总体方案。 然后针对永磁直线同步电机控制系统的主要难点，分为位置检测技术，硬件系统设计和软件系统设计三个方面对控制系统进行分析。根据永磁直线同步电机的特点，提出一种简易的初始位置检测方法，并设计了检测电路。该方法基于线性霍尔元件，基本上不增加控制系统成本，安装简便，效果良好。在普通的三相逆变电路的直流侧添加DC/DC电力电子电路。这样的做的好处是根据系统需求输出直流电压，减少谐波。由于传统的基于前后台工作机制的电机控制软件存在响应不及时、不稳定等弊病，提出了基于嵌入式实时操作系统机制上编写电机控制软件。 最后基于样机和控制器做了相应试验，分析了试验结果，并提出了存在的问题和下一步的工作展望。
上传时间： 2013-06-20
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永磁无刷直流电动机利用转子上的永磁体激磁，采用电子换相取代机械换相，结构简单、体积小、效率高，在许多领域得到了广泛应用。但是，由于永磁无刷直流电动机本身存在较大的转矩脉动，从而使电机运行性能存在缺陷，限制了它在精密传动系统中的应用。本文在开发完成永磁无刷直流电动机控制系统的基础上，针对如何减小和抑制自控式永磁电动机转矩脉动这一问题，提出了一种混合控制策略：利用原有的六个离散位置信号，在三三导通控制策略的基础上，融入矢量控制策略，使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势尽量保持在90°左右，来实现近似正弦波电流驱动，可以在不增加系统成本的基础上，较好地抑制电磁转矩脉动，并通过实验验证其正确性，其主要内容如下： 第二章主要阐述了永磁无刷直流电动机的运行原理，给出了电机的数学模型，在此基础上，利用Matlab/Simulink软件建立了电机及控制系统的仿真模型，并给出了仿真和实验波形。 第三章介绍基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流无刷电机控制器的设计，并对系统主电路、驱动模块、电流检测、过压保护等电路作了详细的介绍，对设计中容易出现的问题进行分析，搭建了整个系统的硬件平台。 第四章介绍了常规的矢量控制技术，提出了一种混合控制策略的新方法：利用霍尔位置传感器的六个位置信号，使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势尽量保持在90°左右，从而达到控制器简单、转矩脉动降低的目的。并分析了这种控制策略在匀速、加减速情况下的运行性能。 第五章在前几章分析的基础上，完整给出了混合控制策略的软件编程方法，并按照模块化的思想，把软件分成多个独立模块，并重点介绍了系统启动、转速计算、转子位置计算、sinθ和cosθ的计算、PWM输出等几个部分，并给出实验波形验证其可行性。
上传时间： 2013-05-30
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作为数控机床、机器人等的重要组成部分，随着加工制造、汽车等行业的发展，永磁交流伺服系统成为国内外研究和应用的一个重要领域。同时随着功率电子器件和微处理器的进步，伺服系统也逐步向全数字化方向发展，全数字化系统具有可靠性高、实现新控制策略容易、功能丰富等优点。 本文论述了永磁同步电机空间矢量脉宽调制控制的最新发展，分析了从基础理论到最新的控制算法的有关永磁同步电机空间矢量控制的许多问题。在对永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的基础上，本文在PMSM 的电压空间矢量的弱磁控制方面做了大量的理论和实验研究，提出一种基于空间矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁链弱磁控制定方法，在电机转速达到基本转速之前采用最大转矩/电流策略控制，超过基本转速之后采用弱磁扩速的电流控制策略，使电机具有更大的调速空间，该策略可实现电压矢量近似连续调节，有效减小了PMSM 的转矩脉动，提高了系统的性能，仿真结果证明了这一结论。 在上述工作的基础上，研制开发了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全数字永磁交流调速系统。该系统以空间矢量PWM 控制为核心。
上传时间： 2013-06-08
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本课题是国家自然科学基金重点资助项目“微型燃气轮机一高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”(50437010)的部分研究内容。高速电机的体积小、功率密度大和效率高，正在成为电机领域的研究热点之一。高速电机的主要特点有两个：一是转子的高速旋转，二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率，由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。本文针对高速永磁电机的机械与电磁特性及其关键技术进行了深入地研究，主要包括以下内容： 首先，进行了高速永磁电机转子的结构设计与强度分析。根据永磁体抗压强度远大于抗拉强度的特点，提出了一种采用整体永磁体外加非导磁高强度合金钢护套的新型转子结构。永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加的静态预压力抵消高速旋转离心力产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。基于弹性力学厚壁筒理论与有限元接触理论，建立了新型高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，计算了永磁体和护套中的应力分布。该种转子结构和强度计算方法已应用于高速永磁电机的样机设计。 其次，进行了高速永磁转子的刚度分析和磁力轴承—转子系统的临界转速计算。基于电磁场理论分析了磁力轴承支承的各向同性，利用气隙静态偏置磁通密度计算了磁力轴承的线性支承刚度，在对高速电机转子结构离散化的基础上建立了磁力轴承—转子系统的动力学方程，采用有限元法计算了高速永磁电机转子的临界转速。利用该计算方法设计的1台采用磁力轴承的高速电机，已成功实现60000r/min的运行。 再次，进行了高速永磁电机的定子设计，提出了一种新型环形绕组结构。环型绕组线圈的下层边放在定子铁心的6个槽中，而上层边分布在定子铁心轭部外缘的24个槽中，不但增加了定子表面的通风散热面积，使冷却气流直接冷却定子绕组，更为重要的是，解决了传统2极电机绕组端部轴向过长的难题，使转子轴向长度大为缩短，从而增加了高速永磁电机转子系统的刚度。 然后，采用场路耦合以及解析与实验相结合的方法，分析计算了高速永磁电机的损耗和温升，并对高速永磁发电机的电磁特性进行了仿真。高速电机的优点是体积小和功率密度大，然而随之而来的缺点是单位体积的损耗大，以及因散热面积小造成的散热困难。损耗和温升的准确计算对高速电机的安全运行至关重要。为了准确计算高速电机的高频铁耗，对定子铁心所采用的各向异性冷轧电工钢片制作的试件，进行了不同频率和不同轧制方向的导磁性能和损耗系数测定。然后采用场路耦合的方法，分析计算了高速电机的定子铁耗和铜耗、转子护套和永磁体内的高频附加损耗以及转子表面的风磨损耗。在损耗分析的基础上，计算了高速电机的温升。最后，设计制造了一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机试验样机，并进行了初步的试验研究。测量了电机在不同转速下空载运行时的定、转子温升及定子绕组的反电动势波形。通过与仿真结果的对比，部分验证了高速永磁电机理论分析和设计方法的正确性。在此基础上，提出一种高速永磁电机的改进设计方案，为进一步的研究工作打下了基础。
上传时间： 2013-04-24
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本文论述了基于ST7FMC的电动摩托车控制系统的研究。 近年来,由于燃油交通工具尾气排放对城市空气造成的严重污染，以及人们生活水平、环保意识的逐渐提高，绿色交通工具己成为时代发展的重要课题。考虑到我国目前的国情，发展电动车具有重要的环保意义。 随着电机技术及功率器件性能的不断提高,电动车的控制器发展迅速。但是目前市场上大多数的电动车产品均采用低集成度元件控制装置，功能过于简单，不能充分发挥系统潜力及处理一些特殊的控制问题。 提出了基于意法半导体芯片ST7FMC的永磁无刷直流电动机的控制系统设计方案，进行了低成本、高智能的无刷直流电机控制系统设计，能满足更多应用场合的需要。主要从以下几个方面进行了分析与研究: 首先，建立无刷直流电机的数学模型，并分析其电机运行特性。 其次，根据ST专用单片机的特点详细设计了系统的控制策略：将调速系统设计为电流、速度双闭环的PI算法控制，以保证调速性能和电流控制精度；采用ST芯片固有的寄存器进行速度的检测，比较精确；将相电流检测设计成母线电流PWM On中点检测；采用了高性能的驱动集成电路IR2136来驱动MOSFET组成的全桥逆变电路；驱动方式采用新型的凸形波驱动控制方法。 最后，组装了试验样车，通过实验室观测及实地运行，验证了系统运行的可靠性。 由此得出结论：本课题设计的基于ST7FMC的电动摩托车控制系统具有运行性能良好、可靠性高的特点，为后续的研究工作提供了一定的基础。
上传时间： 2013-05-17
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