该文以笼型转子型式的无刷双馈电机为对象,对无刷双馈电机的运行原理、设计理论和控制方法等方面进行了深入的研究,最后研究了智能控制在无刷双馈电机上的应用.主要包括以下几方面: 1.介绍了无刷双馈电机、调速系统发展概况和国内外研究现状. 2.研究了无刷双馈电机的原型及发展,基本结构和运行原理.建立无刷双馈电机的稳态方程,推导出其功率和转矩平衡方程式,探讨了无刷双馈电机的特性. 3.在运行原理和特性分析的基础上研究了无刷双馈电机的设计特点,确立无刷双馈电机的设计原则,编制无刷双馈电机的电磁设计程序,据此研制了无刷双馈电机样机.并进行了样机试验. 4.对无刷双馈电机的数学模型进行了推导,建立了无刷双馈电机的网路模型、转子速模型、同步速模型.构建了无刷双馈电机的Simulink仿真模型.并对其进行仿真分析. 5.在比较无刷双馈电机传统控制策略后,提出适于无刷双馈电机的智能控制方法.建立了功率因数模糊控制系统.
上传时间: 2013-04-24
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由于目前尚未有文献对以上三类控制器进行详细的研究比较,因此该文利用MATLAB中Simulink的模块函数建立了以上三类滞环电流控制器的仿真模型,对以上三类控制器进行详细的仿真研究,探讨其各方面性能的优劣. 通过对基于空间矢量调制的三相滞环电流控制器(SVMHCC)的仿真研究表明,当其外滞环宽度太小时,三相电流容易产生畸变,三相总开关次数反而较小;当其外滞环宽度太大时,三相电流能够得到有效控制,但是最大电流误差和三相总开关次数增加,因此选择外滞环宽度时需要综合考虑控制器的控制性能、最大电流误差和三相总开关次数等因素.但是由于需要考虑的因素大多而且它们相互制约,因此如何选择合适的外滞环宽度就成为SVMHCC中难以解决的问题. 在仿真研究的基础上,该文提出了改进方案.仿真和实验结果均表明,改进的滞环电流控制器综合了以上几种控制器的优点,具有三相总开关次数低、开关频率变化规则、三相控制对称和能有效控制三相最大电流误差等优点.
上传时间: 2013-06-07
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从双馈电机的基本工作原理出发,分析双馈电机调速的特点,引入矢量控制技术,进行坐标变换,得出双馈电机同步坐标系上的数学模型.用MATLAB的S函数建立双馈电机仿真模型,对双馈电机起动性能进行分析.对双馈电机的调速性能进行了详细讨论,得知双馈电机要完全进行调速必须实现MT轴转子电压矢量的完全解耦.为此我们确定双馈电机调速时的矢量控制策略即转子电流定向的矢量控制.在进行定子磁场定向后,保持转子电流与定子磁链相垂直,进行转子电流定向.双馈电机转子电流定向矢量控制调速系统完全分为两个通道,解除了双馈电机的内部耦合,实现电机的励磁电流与转距电流的分别控制,使双馈电机的调速性能优异.试验证明调速系统具有变频器功率小、功率因数高、动态性能好、调速范围广等优点,适用于风机、泵类负载的调速,有良好的工业应用前景.
上传时间: 2013-07-02
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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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本文首先分析了双电源自动转换器的现状和发展趋势,然后具体阐述了所设计的双电源自动转换装置的硬件、软件系统的原理与设计方法,最后对双电源自动转换器的抗干扰性进行了研究,给出了一些可行的软硬件抗干扰措施,为整个系统的可靠稳定工作提供了保障。 双电源自动转换器(ATSE)是一种广泛应用于工矿企业、交通、医院等重要部门以提高供电可靠性的装置。现代双电源自动转换器是以CPU 为核心单元,具有自动检测自身故障、自动测量、自动控制、与远方控制中心通信等功能的智能电器。随着我国工业的发展、自动化程度的普及、人类生活质量的不断改善,人们对电源可靠性的要求越来越迫切,由此双电源转换器的重要性日益提高。 本文选取了微控制器(PIC18F458)、软件开发工具(MPLAB C18)和性能可靠、抗干扰性强的硬件器件,设计了满足转换系统功能要求的硬件电路,其中主要包括系统单元电路、信号检测处理电路、输出控制电路以及人机交互的硬件电路。利用C 语言和汇编语言编制了控制软件,并且采用了模块化的设计方法,主要功能模块包括:频率检测模块,电压检测模块,按键检测模块,显示模块,通信模块等。 借助MPLAB-IDE 集成开发环境软件包来进行编程、离线仿真,与在线调试器配合使用进行在线调试、编程及程序下载。这使得该装置的设计开发变得更容易。
上传时间: 2013-04-24
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滞环SVPWM整流器的Simulink仿真
上传时间: 2013-06-28
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励磁调节系统是同步发电机的重要组成部分,对同步发电机乃至电力系统的安全稳定运行有着重要影响。随着电力系统规模的不断增大,系统结构和运行方式日趋复杂,对同步发电机励磁控制系统运行的可靠性、稳定性、经济性和灵活性提出了更高的要求。本文根据励磁调节器的国内外发展趋势,研究开发了以TMS320F2812芯片为控制核心的同步发电机DSP励磁调节器。 本文首先介绍了数字励磁的发展历程、特点及应用范围,然后介绍了同步发电机励磁控制系统的国内外发展状况及趋势,提出了基于数字信号处理器 TMS320F2812 控制的绝缘栅双极晶体管(IGBT)微机励磁系统的结构和设计方案。 在详细解释功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基础上,提出了励磁系统的主要硬件设计及软件实现方法;完成了IGBT励磁装置主回路和 IGBT 保护及驱动单元的设计;进行调节器硬件设计,给出了硬件原理图和软件流程图;利用TMS320F2812芯片强大的数据处理能力和丰富的片内外设和高速的实时处理能力,用单片系统结构实现了交流采样、变速积分 PID控制算法、PWM功率调节和系统保护等功能。TMS320F2812芯片的引入,大大简化了励磁控制器的硬件结构,提高了励磁系统的抗干扰能力和可靠性。 最后,为验证所设计的励磁调节器的有效性和控制效果,采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平台,设计了励磁控制系统各环节的仿真模型。仿真结果表明,采用 TMS320F2812的同步发电机IGBT励磁系统具有响应快速、调节灵敏、控制性能优良等特点。
上传时间: 2013-07-29
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盘式永磁电机因其较高的转矩密度和良好的动态响应特性,在各种驱动、伺服和控制领域得到了迅速的推广和应用。本文针对盘式永磁同步电动机的设计展开研究,所做工作主要包括以下几个部分: 首先,从电机的主要尺寸方程入手将盘式永磁电机和径向永磁电机的转矩密度进行了比较,得到了两种电机转矩密度的变化关系。推导了六相盘式永磁同步电动机的电枢反应电抗、槽漏抗等的计算公式,同时也给出了这些参数相应的有限元计算方法,两种计算结果基本一致。并且在对多极少齿结构电机的漏磁系数进行研究的基础上,总结了该类电机的漏磁系数的计算方法。 其次,采用了针对六相电机的22极24槽结构,使得电机的主要尺寸减小,电机定子冲槽、电枢下线等工艺要求降低。利用有限元法和傅立叶分析求解对永磁体的形状进行优化,可使得永磁电机气隙磁密波形畸变率减小,进而降低的转矩波动。定量分析了不同定子槽口宽度对空载反电动势波形和齿槽转矩的影响规律。 通过对盘式永磁电机的磁场分布特点的研究,编写了分环法盘式永磁电机电磁设计程序。通过对样机设计值与实验值比较,不断对盘式永磁电动机的电磁程序进行完善和修正,目前已经形成了一个比较实用可靠的CAD软件。 对盘式永磁电机转子盘体进行刚度计算,并且也对电机的定子进行了固有频率的计算,保证了电机的可靠运行。 最后,在上述研究的基础上,本文设计制造了一台5kW的双定子单转子结构的盘式永磁同步电动机样机并做了详细的实验,实验结果与理论分析基本一致。
上传时间: 2013-07-29
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无刷直流电机(BLDCM)是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它是在有刷直流电机的基础上发展起来的。无刷直流电机具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点,又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点,在很多场合有广泛的应用前景,成为了国内外研究的热点。无刷直流电机传统的理论部分分析和设计方法已经比较成熟,因此对无刷直流电机控制策略的研究就显得十分重要。 PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛应用。在系统模型参数变化不大的情况下,PID控制性能优良。但在工业上有许多无法建立精确数学模型的复杂控制对象和非线性控制对象,若采用传统的PID进行控制的话,那么很难获得比较理想的控制效果。 对于无刷直流电机而言,它是一个多变量、强耦合的非线性系统,固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。基于以上原因,本文以无刷直流电机为控制对象,通过分析无刷直流电机的数学模型,以BP神经网络为基础,设计了应用于无刷直流电机的神经网络PID控制器。 在MATLAB平台上,先利用神经网络PID控制器,给出相应的控制算法,对典型的参数时变非线性系统的控制进行了仿真研究。仿真结果表明,同传统PID控制器相比,神经网络PID控制器对模型、环境具有较好的适应能力与较强的鲁棒性,有效的改善了系统的控制结果,达到了预期的目的。随后利用SIMULNK建立了无刷直流电机控制系统的仿真模型。分别采用普通PID控制器和神经网络PID控制器对电机的不同运行状况进行了仿真分析。仿真结果验证了所建模型的正确性,并证明了神经网络控制的优越性。
上传时间: 2013-08-04
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风能是可再生能源,世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下,本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机,其高运行效率和特殊的电机结构,使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下: 第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理,然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。 第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数,给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布,并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式,为了验证空载电势解析法的正确性,本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出:解析法和有限元法吻合很好。最后,针对双转子电机的特殊结构,提出了三种改善电势波形的方法,并利用解析法对其进行分析,证明了这几种措施的可行性。 第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势,主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理,采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形,并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩,对于halbach磁体双转子电机,提出了三种减小转矩脉动的方法,并通过有限元分析进行了比较,证明了这几种措施的可行性。 第四部分对双转子电机的设计进行了分析,提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法,最后设计制作了样机,给出了样机图片。并对样机进行试验,测量不同转速下电机的空载电势波形,电机的电势-转速曲线,电机的负载电压-电流特性曲线,并测量了电枢反应电感数值,通过对比可以得出:试验值、解析值和有限元值吻合很好。
上传时间: 2013-08-04
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