高速电机由于转速高、体积小、功率密度高，在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单，因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点，其主要问题在于：（1）转子机械强度和转子动力学；（2）转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗；通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括： 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比，利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗，通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明：3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响，在空载和负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小，转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑，2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量，其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转，11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转，这些谐波分量与转子异步，在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗，是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响，分析表明：永磁体的分块数和透入深度有关，对于本文设计的高速永磁无刷直流电机，当永磁体分块数大于12时，永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗；反之，永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度，在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用，在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明：尽管铜环中会产生涡流损耗，但正是由于铜环良好的导电性，其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量，使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降，整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响，研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小，当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时，转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸，设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机，通过研究表明：电感越大，电流变化越平缓，电流的谐波分量越低，转子涡流损耗越小，因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响，结果表明：平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子：单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析，实验研究表明：由于转子设计不合理，单端式轴承支撑结构的转子转速达到40，000rpm以上时，保护环和定子齿部发生了摩擦，破坏了转子动平衡，导致电机运行失败，而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响，研究表明：铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗，使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2；斩波控制会引入高频电流谐波分量，使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法，得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升，有限元分析和实验计算结果基本吻合，验证了铜屏蔽环的有效性。
上传时间： 2013-05-18
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由于电动助力转向（EPS）系统具有高性能、高效率、低成本、节能环保等优点，随着汽车电子技术的发展，电动助力转向技术逐渐取代传统的液压助力转向（HPS），成为转向助力技术的主流。 @@ 本文在详细了解EPS系统性能要求和工作原理的基础上，对各种已有的EPS助力电机进行了总结和比较。对比结果表明，无刷直流电机（BLDC）凭借其显著的优点，成为EPS助力电机的较优选择。 @@ 无刷直流电机作为一种由电动机本体和驱动器组成的机电一体化产品，与传统的直流电机一样，具有良好的起动和调速性能，并且由于用电子换向取代了机械换向，不存在传统直流电机的换向火花和机械噪声，在许多性能要求比较高的场合已得到普遍应用。随着电力电子技术、计算机技术的发展，其应用范围还在进一步扩展。然而，BLDC电机作为EPS系统的助力电机也并非全无缺点。永磁电机中固有的齿槽转矩的存在，以及由于采用120°换向工作模式造成的转矩波动，都会严重影响EPS系统的操控性能。 @@ 本课题针对无刷直流电机在汽车电动助力转向系统中的应用，根据EPS系统对助力电机的要求，设计了一台转向助力用永磁无刷直流电动机，并使用有限元方法对电机性能进行了分析。为了反映参数变化对电机性能的影响，从而为电机的设计提供指导，我们还用场路耦合的解析算法对电机性能进行了分析。在分析结果的基础上，对永磁电机中的齿槽转矩进行了研究，并针对样机提出了齿槽转矩的削弱方法，然后使用三维有限元的方式对所提出的方法进行了仿真验证。 @@ 根据EPS系统的工作原理，探讨了助力电机的控制策略，并设计了带传感器的无刷直流电机的控制系统。分别完成控制系统硬件和软件的设计，并进行了相关实验，结果表明基本达到了设计的目标。 @@关键词：EPS、无刷直流电机、电机设计与优化、有限元、控制器设计
上传时间： 2013-07-29
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无刷直流电机以体积小、重量轻、效率高、调速性能好、无换向火花及无励磁损耗等诸多优点被大量应用于家电、交通、医疗器械、数控机床及机器人等领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能要求也越来越高。可以预见，随着永磁材料和电力电子器件价格进一步的降低，无刷直流电机驱动理论的研究不断深入，无刷直流电机的应用前景将更加广泛。 本文通过阅读大量文献资料，介绍了无刷直流电机的发展现状、研究动态及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特点是不依赖于对象模型，利用制定的控制规则进行了模糊推理从而获得合适的控制量。运用Matlab/Simulink对控制系统进行了建模和仿真，其中速度环采用模糊PI调节，电流环采用传统的PI调节，为后面的实验提供了理论分析的基础。 结合无刷直流电机的结构，利用电机内部的霍尔元件检测转子位置。根据模糊控制器的设计方法，给出了模糊控制查询表。采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812作为主控芯片，在硬件上设计了整流电路、逆变电路、驱动电路、调理及保护电路等；在DSP软件开发环境CCS下，采用C语言和汇编语言进行了混合编程，实现了转子位置信号的读取、PWM波的产生、AD采样、速度模糊PI调节及电流调节等功能。 通过对整个控制系统的软硬件联合调试，进行了相关实验。相对传统的控制系统，采用模糊PI控制的系统具有响应速度快、超调量小、稳定性好等优点。实验结果表明了无刷直流电机模糊控制系统设计的正确性。最后对整个设计进行了总结，对后续的工作给出了自己的见解。
上传时间： 2013-04-24
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随着人们生活水平的提高，肥胖逐渐成为一种社会疾病，肥胖容易使人患上阻塞性睡眠呼吸暂停综合症，严重影响生活质量，严重时甚至危及生命。研制性能良好低成本的呼吸机有很好的实际意义。本论文论述了一种基于dsPIC30F3010控制器及无刷直流电机(BrushlessDirectCurrentMotor，简称BLDCM)的呼吸机控制器，实现了反电势法无位置传感器无刷直流电机的运行控制。 论文从基本电磁定律出发，分析了无刷直流电动机结构和工作原理，建立了无刷直流电动机的数学模型，在此基础上详细分析了“反电势法”无刷直流电机控制原理，深入研究了三种反电势过零检测方法，并对检测电路移相产生的转子位置误差进行了分析，给出了补偿方法。 对无刷直流电动机无位置传感器控制中的关键问题——起动方法进行研究，介绍了“反电势法”无刷直流电机控制常用的起动方法，深入讨论了“三段式”起动技术。针对传统“三段式”起动的缺点，论文提出了一种新的外同步到自同步的切换方式。 综合上述，本系统以dsPIC30F3010单片机为控制器，设计了“反电势法”无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬件电路，详细介绍了电路各个组成部分的工作原理，同时介绍了控制系统中采用的硬件抗干扰措施。结合dsPIC30F3010的特点，充分利用其片内的资源，设计了系统的软件。实验结果表明系统能够控制电机顺利起动，而且实现了电机正确的换相和稳定的运行。
上传时间： 2013-07-26
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跑步运动是人们喜爱的运动方式之一，借助电动跑步机进行跑步运动简单方便，已成为新的运动时尚。电动跑步机已经成为一种大众健身器材，市场前景极为广阔。 目前电动跑步机大多采用有刷直流电动机或交流变频电机作为驱动电机，本文研究采用外转子直接驱动无刷直流电动机的电动跑步机。其主要优点在于：一是省去了传统电动跑步机的减速机构，系统结构简单，运行可靠，效率高；二是无刷电机驱动具有优良的调速和控制性能，可以提升电动跑步机品质，实现智能化；三是无刷电机驱动性价比高，更具市场竞争力。因此，进行电动跑步机外转子无刷直流电动机驱动及控制系统的研究具有较高的理论意义和工程实用价值。 本文首先综述了电动跑步机及其电机驱动的现状、发展趋势以及外转子无刷计特点、分数槽绕组及其控制器；应用电机磁场有限元软件MAGNEFORCE研究了不同极/槽配合无刷电机的磁场分布和不同极弧系数对电机性能的影响；在此基础上试制了电动跑步机外转子无刷直流电动机样机并进行初步性能试验；运用MATLAB对外转子无刷直流电动机进行系统仿真分析。
上传时间： 2013-04-24
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由于永磁无刷直流电机既具备交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又兼有普通有刷直流电机调速特性好、运行效率高的优点，因此它在当今国民经济各个领域得到了越来越广泛的应用。本文对基于DSP的无刷直流电机控制系统进行了设计和研究。 本论文首先回顾了无刷直流电机的产生、发展历程，介绍了目前的热点研究方向和最新研究成果。 第二章对无刷直流电机的组成环节、结构、工作原理、运行特性进行了分析，并且建立了无刷直流电机的数学模型，对其控制方法进行了讨论。同时，DSP控制器由于其高速的处理能力和丰富的片上资源，已经广泛的应用于电机控制领域。 第三章介绍了TI的高性能DSP芯片 TMS320LF2407A的结构和性能，提出了基于 TMS320LF2407A 的 BLDCM 的控制方案，并且对系统的相关环节进行了讨论和分析。 第四、五两章分别完成了硬件和软件的设计。此系统是基于PWM技术和PID算法的双闭环控制系统。硬件电路包括了控制电路、主电路、检测电路、保护电路几个部分；软件采用模块化的编程思想，编制了各程序模块的控制流程图，并论述了其实现方面的若干问题。 第六章给出了系统的仿真实验结果及分析。 第七章对全文内容进行了总结，并对无刷直流电机控制系统提出了展望。
上传时间： 2013-04-24
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本文主要的研究为对转永磁无刷直流电动机控制问题，对转永磁无刷直流电动机在舰船、水下航行器等对转推进系统中有着广泛的应用前景。它具有无刷直流电动机的一切优点：功率密度大、调速性能好、运行效率高、结构简单、运行可靠、维护方便等等。其与普通的永磁无刷直流电动机的差别仅仅在于原来静止的电枢部分和旋转的永磁体部分都可以相对于静止部分旋转，即有两个转子，根据作用力与反作用力的原理，两个转子受到的电磁转矩在任意时刻都是大小相等、方向相反的。因此两个转子必将沿着相反的方向旋转。 论文主要工作和创新点如下： 1)介绍了对转永磁无刷直流电机与普通永磁无刷直流电机的区别、优点及应用，详细分析了其工作原理，并建立对转永磁无刷直流电机本体的数学模型，接着利用MATLAB/Simulink建立对转永磁无刷直流电机的仿真模型。 2)研究了无位置传感器对转永磁无刷直流电机的控制方法。采用基于DSP的三次谐波过零点检测方法来检测电机转子的位置与转速，采用数字锁相环对三次谐波过零点进行90°延迟： 3)控制系统采用双闭环控制，即速度环与电流环来组成调速控制系统，其中速度环采用了基于改进的BP神经网络PID自适应控制，电流环采用滞环控制，并对整个系统进行仿真。 4)在仿真研究的基础上，本文进行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片为控制核心的无位置传感器对转永磁无刷直流电机数字控制系统的软硬件设计。
上传时间： 2013-04-24
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在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,在当今对可再生能源的开发利用中,风能由于其突出的优点而成为世界各国普遍重视的能源,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点.而其中变速恒频风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视.无刷双馈电机是一种结构简单、坚固可靠、异同步通用的电机,可在无刷情况下实现双馈.它具有功率因数可调、高效率的特点,比较适用于变速恒频恒压发电系统中.该文在传统风力发电的基础上,致力于研究变速恒频风力发电技术,以作为变速恒频风力发电机用的笼型转子型式的无刷双馈电机为主要研究对象,进行了深入的研究,主要包括以下几方面:1.对国内外风力发电研究现状作了较为全面的综述,介绍了无刷双馈电机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,电磁设计特点.解释了将无刷双馈电机应用于变速恒频风力发电的可行性和优越性.探讨了无刷双馈电机的特性.3.首次推导了适用于变速恒频风力发电无刷双馈电机的功率控制数学模型提出无刷双馈电机变速恒频风力发电系统的功率控制策略.通过仿真分析验证了模型和控制策略的正确性.4.研究了无刷双馈电机作变速恒频风力发电机运行时的定子功率绕组磁链定向矢量控制策略.5.在总结无刷双馈电机传统各种控制策略的基础上,探讨了智能控制在无刷双馈电机的应用.通过仿真分析验证了模糊功率因数控制策略的正确性.
上传时间： 2013-06-24
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该文着重研究了稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)的高性能控制技术.在全面分析了稀土永磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理、运行方式以及外部特性的基础上,通过系统建模和数字仿真分析,分别针对航空低压直流(LVDC)和高压直流(HVDC)两种电动机构用永磁无刷电动机,在小范围转速连续调节下的闭环稳速控制技术进行了详细理论研究,提出了利用转子位置传感器信号间接测量电机转速进行电机转速闭环稳速控制的策略.同时就两套无刷直流电动机控制器的硬件电路和软件程序问题进行了重点工程设计,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51单片机作为微处理器,用数字软件技术对电机进行调速和转速闭环控制,使电机在一定范围内能够进行精确调速和速度稳定控制.通过优化设计、软硬件结合,实现了控制器小型化,提高了控制器可靠性,减小了体积与重量.永磁无刷直流电动机控制器样机的测试结果表明:电机转速可在要求范围内连续调节,在几乎三倍的额定转矩范围内,电机转速在设定值下可保持高于指标精度的稳定工作,控制器之间通用性强、散热可靠.
上传时间： 2013-07-03
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无刷直流电机具有输出转矩大、调速性能好、运行可靠等一系列优点，具有广泛的应用前景，其传统的理论分析及设计方法已经比较成熟。它的进一步推广和应用，在很大程度上有赖于对其控制策略的研究。本文主要研究了无刷直流电机的速度控制问题。 无刷直流电机是一种多变量和非线性的控制系统，传统的控制方法很难满足对它的精确控制。近代模糊控制理论在无刷直流电机的控制中得到了广泛的应用，提高了控制系统的性能。但是，在模糊控制器控制规则优化和参数在线调整方面还存在着许多不足。针对这些问题，本文提出了一种使用遗传算法优化的模糊控制器，并且应用到无刷直流电机的控制中。系统采用双闭环控制，内环采用电流负反馈对电机转矩进行调节；外环应用模糊控制器进行速度控制，通过遗传算法离线优化模糊控制规则和在线调节模糊控制器的参数以提高系统的动态性能。同时本文使用Matlab和电机仿真软件VisSim对无刷直流电机的速度控制进行了软件仿真。 数字信号处理器(DSP)是一种高速的信号处理芯片，近几年在电机控制领域得到了广泛的应用。本文以TI公司的TMS320LF2407控制器为基础，介绍了DSP在无刷直流电机控制中常用的应用技术。同时为了降低系统开发设计的复杂性，提高控制系统的可靠性以及软件开发的快速性，本文将嵌入式操作系统移植到DSP中，并在该操作平台上开发出高效的控制算法。 实验结果表明，通过遗传算法优化的模糊控制器对无刷直流电机模型的不确定性和负载变化具有较强的适应性和鲁棒性，而且控制系统具有较好的动态性能。
上传时间： 2013-06-12
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