本文对永磁无刷直流电机恒功率弱磁研究进行了较为全面的从仿真到实验、从理论到实践的深入研究,同时对传统面贴式永磁无刷直流电机和复合转子结构的永磁无刷直流电机进行了详尽地理论分析,系统地提出了关于复合转子结构永磁无刷直流电机一套较为完善的理论.本文首先从BLDCM的导通规律和绕组结构入手,真实模拟了传统面贴式永磁无刷直流电机弱磁调速的物理过程,并获得其在恒转矩和恒功率模式下的解析表达式.从而直观的反映了BLDCM的弱磁机理,获得了影响其恒功率速度范围的关键参数.借鉴复合转子结构在永磁同步电机恒功率弱磁中的成功运用,将这种结构引入永磁无刷直流电机中,并完成了两台不同磁阻形式和功率、电压等级的原型样机的研制.针对原有d、q轴法的局限性,提出了真实模拟永磁无刷直流电机导电方式的场路结合法实现对永磁无刷直流电机的弱磁分析.在场路结合法分析的基础上,提出了磁阻段提高恒功率速度范围的真实原因,并进一步提出了采用永磁段、磁阻段双d轴错角以扩大转速范围的新思想,并在实践中验证了这种双轴空间错角技术的有效性.从而为复合转子结构永磁电机运行性能优化提供了新的可供选择的调节手段.
上传时间: 2013-08-02
上传用户:yhm_all
本文在分析干式电力变压器绝缘结构和电场分布特点的基础上,建立了四种电场分析模型:二维和三维高压绕组电场分析模型、二维和三维端部电场分析模型。以SG10型H级绝缘空气自冷干式变压器为具体分析对象,采用ANSYS有限元分析软件对四个电场模型进行了有限元建模,并完成了有限元分析,得出相应的干式电力变压器绝缘的电场强度和分布分析结果。 在深入理解ANSYS有限元分析软件接口的基础上,编写了以APDL参数化语言为基础的命令流程序,并采用C++Builder6.0软件编写了实现模型修改和结果显示的程序,完成了干式电力变压器电场有限元分析系统的开发。应用该软件,用户可以对四个模型的绝缘结构尺寸、介电常数等参数直接进行修改,在调用ANSYS软件进行有限元分析后,可以得到非常直观的相应干式电力变压器绝缘的电场强度和分布结果,包括显示电场的最大电场强度值及其位置,以及用图像方式显示模型的电场强度矢量图利分布云图。本文工作对于研究干式电力变压器的电场分布以及绝缘合理设计具有工程意义。
上传时间: 2013-06-26
上传用户:tianyi223
随着电力电子器件、永磁材料、微机、新型控制理论和电机理论的发展,无刷直流电机的技术优势逐渐凸显,近年来在各种驱动、伺服和控制领域得到了迅速的推广应用。大功率无刷直流电机在国外已经成功应用于对系统效率、可靠性要求较高的场合,在国内,近年来也引起了广泛兴趣。本课题对大功率无刷直流电机进行预研,以两台无刷直流电机样机为研究对象进行分析和电磁设计研究。首先计及电枢绕组电感,从分析换相过程入手,建立了三相星型六状态工作模式下,电压源型无刷直流电机的数学模型,并基于此模型,通过仿真和实验,对该种无刷直流电机的电磁转矩系数、反电势系数、机械特性和电枢等效电阻等进行了深入研究,分析表明电枢绕组电感对上述各系数和特性存在较大影响,因此在大功率无刷直流电机设计和分析中,电枢绕组电感必须予以考虑。其次,本文对等效磁路法、电磁场有限元法和等效磁网络法以及它们在无刷直流电机电磁设计中的应用进行了比较研究,提出了采用有限元法计算漏磁系数、计算极弧系数、电枢计算长度和气隙系数,然后把它们应用到等效磁路法中进行空载特性计算,而采用电磁场有限元法分析负载特性的场路结合法。以此为基础,编制了无刷直流电机电磁设计软件,并将其应用于两台样机的设计,通过与电磁场有限元法计算结果和实验数据进行对比,验证了该方法的准确性。最后对两台样机的电枢反应及其影响进行了仿真和实验研究,分析发现q轴电枢反应是影响切向磁化结构的无刷直流电机性能的主要因素,设计中需采取措施抑制q轴电枢反应的影响。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:1406054127
传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位,但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高,因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点,从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。 模糊控制器具有鲁棒性好、抗干扰能力强的优点。论文提出了基于转速环模糊逻辑控制理论的直流无刷电机的控制系统设计方案,保证了伺服控制系统具有优良的静动态特性,因而满足更多应用场合的需要。 论文具体包括以下几个部分工作: 首先,从电机本体和控制角度出发,阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题:电磁转矩脉动。详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因,特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。 其次,本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析,建立了三相无刷直流电动机的数学模型。并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统(转速—电流双闭环控制)。为了提高系统的静动态特性,转速外环采用模糊PI调节器,电流内环采用PI调节器。转子位置通过直流无刷电机感应电势检测,仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合,从而证明了模型的有效性。 然后,初步设计了伺服系统的实验图。以TI公司生产的TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)作为整个控制电路的核心芯片,一台40w的直流无刷电机作为被控对象,完成了伺服系统的转速控制。 最后,对未来的工作给予了展望,并对全文的内容进行了总结。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:Shaikh
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
上传用户:时代将军
稀土永磁无刷直流电动机采用高磁能积的稀土永磁材料,同时采用电子换向技术去掉了电刷,使得它具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高、运行特性优良等特点,从而广泛应用于航空航天、精密仪器、工业控制等许多对电机运行性能要求较高的场合。因此,对稀土永磁无刷直流电机的研究具有重要的意义。本文对稀土永磁无刷直流电动机设计方法和分析方法进行了研究: 永磁电机设计计算中传统的一般采用比较简单的磁路法,用磁钢工作图计算静态及动态的工作点,这显然不能满足精确性的要求。本文采用了场路结合的方法,首先利用磁路法对电机进行初步设计,然后建立有限元分析模型对电机的参数和性能进行精确分析,采用这样的方法不但可以满足精确性要求,同时可以缩短设计周期。 本文把有限元方法引入到了对电机性能影响较大的重要系数(如空载漏磁系数、电枢计算长度、计算极弧系数和气隙系数等)及性能参数反电动势、电磁转矩、电感的计算中。以电机内磁场有限元分析为基础的设计结果体现了较高的精确度;同时,由于在大功率、高转速的永磁无刷直流电动机中,电流受漏感的影响从而改变了电机的性能,因此漏感的作用不容忽视。本文推导了稀土永磁无刷直流电动机漏电感计算的有限元方法,引入了电机等效电阻系数,并针对电磁转矩脉动和齿槽转矩脉动的产生的原因,给出了多种有效的抑制方法,使电机设计更为合理。最后介绍了电机测试平台的搭建和具体的测试方法,以验证用户关心的电机性能参数在电机设计中的正确性。
上传时间: 2013-06-09
上传用户:mingaili888
永磁无刷直流电动机是一种集电机和电子一体化的高新技术产品,它以其体积小、重量轻、惯量小、控制简单和动态性能好等优良特性,被广泛应用于工业、交通、消费电子、航空航天、军事等领域,对永磁无刷直流电动机的研究具有十分重要的意义。 通常的永磁无刷直流电动机由永磁同步电动机、逆变器以及安装在转子轴上的位置传感器构成。逆变器的驱动信号与转子位置信号同步从而保证在任意的速度下定子绕组电流与转子磁场同步。 本文系统研究了永磁无刷直流电动机本体及驱动控制系统,取得了有价值的研究成果。 1)本文查阅了大量的文献资料,全面总结和分析了永磁无刷直流电动机的研究现状,阐述了永磁无刷直流电动机的运行和控制机理。 2)在分析永磁无刷直流电动机的性能与运行原理的基础上,设计了以PIC16F877A单片机为核心的永磁无刷直流电动机调速系统,并进行了实验研究。 3)利用Matlab/Simulink对永磁无刷直流电动机系统建立动态仿真模型,结合实验所得参数进行仿真,结果证明所建仿真模型的正确性和有效性。 4)在Matlab下对永磁无刷直流电动机可能会出现的各种故障进行了仿真研究,表明了永磁无刷直流电动机具有良好的容错性能。 5)基于磁路法设计了一套永磁无刷直流电动机的电磁设计程序,给出了计算实例。 6)给出了计及齿槽影响的永磁无刷直流电动机电感参数的解析计算,与有限元法计算结果对比,表明此方法的正确性和精确性;在星形连接的两两导通方式下,分析计算得到计及绕组电感的永磁无刷直流电动机的平均电流稳态电路模型,结果表明计及电感参数的电枢电流较小,转速相应降低;推导出了在三角形连接的两两导通方式下,计及绕组电感的相电流解析式。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:熊少锋
开发和研制无铁心永磁电机是当前电机领域的一项重要课题,无铁心永磁电机可以解决传统有铁心电机存在的重量重、损耗高、振动噪声大等问题。开发无铁心永磁电机需要准确计算电机的参数和性能,而实现这一任务的重要前提是获得正确的磁场分布。无铁心永磁电机气隙外没有铁磁材料,其自身的结构特点决定了无铁心永磁电机的气隙磁场属于三维开域磁场,开域磁场工程问题的计算是近年来计算电磁学的研究热点之一。 本文的研究内容是国家高技术研究发展(863)计划项目“新型稀土永磁电机设计与集成技术”的关键技术之一。针对无铁心永磁电机的实际工程问题,计算方法的选择力求既能保证一定的计算精度,又能节约计算机内存和CPU时间。根据对各种开域电磁场计算方法的分析比较,本文将渐近边界条件法和有限元法结合解决无铁心永磁电机三维开域磁场计算问题。 本文主要由以下几部分组成: 第一部分为无铁心永磁电机三维开域磁场计算方法的研究。首先提出了基于标量磁位的渐近边界条件,建立了球形边界的标量磁位渐近边界条件数学模型。为了尽可能减少节点的数量,结合无铁心永磁电机的具体结构,推导了适合于盒形截断边界和圆柱形截断边界上简便易行的一阶和二阶标量渐近边界条件算子,该算子具有简单、有限元实施容易的特点。其次研究并建立了标量渐近边界条件与有限元法结合的三维开域静磁场的数学模型,并提出具体的实施方法,推导出相应的离散方程。通过对具有解析解的长方永磁体三维开域磁场的实例计算,验证了方法和所编程序的正确性,并将渐近边界条件法与截断法在计算精度和人工外边界距离方面做了比较。结果表明:在相同人工外边界情况下,渐近边界条件与截断边界条件相比,计算精度明显提高,二阶渐近边界条件明显优于一阶渐近边界条件。与截断法相比,渐近边界条件法更节约计算机内存和CPU时间,比较好地处理了计算量与计算精度之间的矛盾。 第二部分针对Halbach阵列内转子无铁心永磁电机三维开域磁场问题进行深入研究。利用渐近边界条件法,定量地计算了在定转子均无铁心的情况下电机内部及周围磁场的大小,总结出了Halbach阵列无铁心永磁电机磁场的空间分布规律。 第三部分针对不同拓扑结构的Halbach磁体阵列电机磁场问题进行对比研究。通过大量的计算,探讨了Halbach阵列永磁电机在转子无铁心情况下影响气隙磁密的各种因素,分析了不同Halbach磁体轴向长度对端部漏磁的影响规律,给出了无铁心永磁电机漏磁系数、电枢计算长度等主要设计参数随电机结构尺寸的变化规律。 第四部分针对具有试验数据的三种结构的无铁心永磁电机样机进行了计算和分析,计算结果与试验数据吻合,从而验证了渐近边界条件法处理三维开域磁场问题的有效性和实用性。
上传时间: 2013-06-22
上传用户:ivan-mtk
本文针对电力变压器的电磁设计过程、优化方法、优化系统的体系结构,以及优化设计系统开发中采用的技术和处理方法展开了深入的讨论和研究,开发了一套干式变压器电磁计算优化设计系统。论文工作主要包括以下几方面的内容: (1)综述了电力变压器的结构特征和传统电磁设计的流程,分析了变压器电磁设计中的设计流程、设计目标、方案组合等重点问题,研究了变压器的评价准则的选择和计算。同时对变压器电磁设计计算的细节做了深入分析,理清了变压器设计中各个步骤、各个部件之间的相互关系,成功地将变压器计算中的一些核心的计算过程程序化。 (2)深入研究和分析了目前变压器优化设计的研究和实践中所采用的优化方法,包括比较成熟的循环遍历法和其他还处于研究阶段或还有缺陷的方法,对这些算法的原理、应用情况、优缺点进行了比较和总结。 (3)将ODBC(开放数据库互连)和OLE(对象链接和嵌入)自动化技术引入电力变压器的电磁优化设计系统中,一改以往的设计软件封闭的弊病,具有出色的可扩展性,充分利用了现代操作系统环境的先进功能。以oLE自动化技术为基础的计算单自动生成技术,使变压器设计软件能够在更大程度上协助设计人员的工作,将设计人员从简单劳动中解脱出来,使设计软件能够真正成为全面的变压器优化设计软件。 (4)将各种型式的敞开式和环氧浇注干式变压器电磁计算优化设计整合到同一系统中,方便了用户不同的设计要求,同时根据专家理论设计了众多人工干预设计的环节,令本软件更具有系统性、实用性、开放性和个性。 (5)对当前热门的非晶合金变压器进行了简要介绍,并指出非晶合金变压器的优缺点,分析了其即将全面使用的趋势。同时对非晶合金干式变压器的优化设计进行了研究和探讨,给下一步的工作指明了方向。
上传时间: 2013-05-28
上传用户:王庆才
直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态,是指在变压器的励磁电流中出现了直流分量。在直流输电系统中,由于换流站的工作特性,有直流电流分量流过换流变压器的绕组,产生直流偏磁现象,这一现象将对换流变压器的正常运行产生不利的影响,如励磁电流发生畸变、变压器铁心损耗增加及铁心高度饱和引起的漏磁通增加。因此,从电磁场的角度分析这一现象是必要的。 由于铁磁材料的非线性,不能应用叠加原理分析直流偏磁时的励磁情况。为此,本文应用了二维瞬态场路直接耦合有限元法,借助大型有限元分析软件Ansoft,定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下,换流变压器空载运行状态下的励磁电流波形情况,结果表明,直流偏磁使铁心中的磁通密度发生偏移,对应的励磁电流波形呈现正负半波极不对称的形状,并且直流偏磁量越大励磁电流的畸变越严重。 在求出直流偏磁量与励磁电流峰值关系的基础上,应用一种基于铁心空载损耗数据的方法,定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下,换流变压器铁心损耗情况,结果表明,随着直流偏磁电流的增加,铁心损耗也会随之增加,这会导致铁心温升上升,严重时会导致铁心局部过热,影响变压器的正常运行。 在漏磁场分析中,讨论了变压器漏磁场的类型和作用,经过合理简化,建立了换流变压器二维漏磁场计算模型,应用二维瞬态场路直接耦合有限元法,分析了不同等级直流偏磁电流作用下,换流变压器漏磁场分布情况,结果表明,随着直流偏磁量的增加,不同位置处漏磁场分量的变化规律基本不变,但漏磁在增加,且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上传时间: 2013-06-25
上传用户:zxc23456789