永磁无刷直流电动机体积小,功率密度高,控制性能好,效率很高,在工业、车辆、家电、计算机及军事等诸多领域得到广泛应用,尤其在电动车应用领域倍受青睐,是当前电动车电动机研发的热点.可以预见,随着永磁材料和电力电子器件的价格的进一步降低,以及无刷直流电机驱动的理论研究和实践应用的不断完善和提高,永磁无刷直流电机及其控制系统将在很多场合有广泛的应用前景.该文通过大量的文献资料阅读,在对永磁无刷直流电机的发展和现状有了一个整体了解的基础上,针对复合式转子结构永磁无刷直流电机研制了一套弱磁恒功率控制系统,提出一种"双模控制"的控制策略,成功的实现了基速以下恒转矩控制,基速以上弱磁恒功率控制.该文的主要内容包括:首先介绍了永磁无刷直流电机的应用现状和基本原理,以及永磁无刷直流电机弱磁恒功率控制运行机理和难点;其次,对采用复合式永磁无刷直流电机本体的弱磁控制,详述了其本体结构和整套控制系统,给出了硬件电路和软件编程,提出了相关控制策略;最后,系统成功运行,获得了相关实验数据和波形,验证了控制策略和系统设计的正确性.
上传时间： 2013-04-24
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随着中国经济的迅速发展,能源问题在当今社会中受到越来越多的关注.能量回馈系统可以在减缓矛盾方面发挥重要作用,无论在减少能源的浪费方面或是在新能源的利用开发上.主要运用在功率电子负载、分布式发电和电机制动能馈等场合.该文主要研究了能量回馈系统.电力电子的逆变技术是能量回馈系统的核心部分,该文讲述了电压型逆变电路和电流型逆变电路在能量回馈系统中的工作实现原理.电压型逆变电路是该文的重点,针对中国电网的形式,对单相和三相逆变电路作了分析,讨论了几种控制策略的选择,提出间接电流控制中相位幅值分别控制方法和直接电流控制中滞环控制方法在逆变器并网中的实现意义.电流型有源逆变利用移相调节,适合大功率场合.文章的最后部分比较分析电流型和电压型电路的性能特点.数字化是控制领域发展的趋势,在具体实现能量回馈系统的过程中,该文也充分运用数字式控制方式.在电流型逆变系统中,运用可编程序控制器(PLC)作为控制核心,并在MCGS组态平台实现和工控机的通讯.在电压型逆变系统中,将数字信号处理器(DSP)作为控制中心,实现外围电路工作及其控制.在以上基础上,分别研制了一台大功率晶闸管电流型有源逆变器和一台电压型并网逆变器.
上传时间： 2013-06-20
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本文对感应电动机软起动过程中存在的电流、电磁转矩以及转速振荡问题进行了系统的理论分析和实验研究.论文首先根据感应电动机的数学模型,利用MATLAB仿真工具建立了感应电动机软起动的通用仿真模型,其次分析了晶闸管触发角度、机组的转动惯量、负载转矩以及转子电阻这四个因素对振荡的影响,进而探讨了感应电动机软起动过程中出现电流、电磁转矩以及转速振荡的原因.结果表明:在感应电动机软起动过程中,当转子转速达到同步转速并在其附近变化时,电动机的续流角会大幅度变化,当续流角围绕晶闸管的触发角变化时,三相交流调压电路的输出电压会产生振荡,在电动机定、转子磁场的相互作用下会使振荡加剧,因而就会造成电动机电流、电磁转矩以及转速的振荡.特别需要指出的是电动机在软起动过程中出现的转速振荡是在同步转速附近振荡而并非象有些文章所说的在低速下振荡.根据上述原因,本文提出了采用关断角控制的新型控制策略,这种控制策略是使电动机在起动过程中的电流关断角由某一初始值逐渐减小到零,利用该方法可以使感应电动机起动过程中的续流角始终小于晶闸管的触发角,这样续流角的变化就不会引起电动机端电压的振荡,因而就从根本上消除了感应电动机软起动过程中的振荡现象.文中首先通过仿真验证了该控制策略的正确性,在此基础上研制了基于关断角控制的感应电动机软起动装置的硬件电路和软件程序,并进行了样机试验,实验结果验证了理论分析的正确性.另外,文中还探讨了软起动对于感应电动机起动过程中转轴扭矩振荡的影响.大型感应电动机驱动大转动惯量负载直接起动时,其转子轴上会出现过大的扭矩振荡,这是由于定子绕组中电源频率的电流与转子中直流电流相互作用产生的具有转差频率的电磁转矩分量造成的.采用软起动会使电动机起动时转子中产生的直流电流分量大为减小,进而可以减小电磁转矩的转差频率分量,故可以有效地抑制感应电动机起动过程中作用在转轴上过大的扭矩振荡.
上传时间： 2013-07-13
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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
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变电站是电力系统的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工作性能。现在的变电站有三种运行模式：一种是常规变电站，一种是部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站，再有一种是实现无人值班、全面微机化的综合自动化变电站。在常规变电站中，其继电保护、中央信号系统、变送器、远动及故障录波装置等所有二次设备都是采用传统的分立式设备，而且站内配备大量控制、保护、记录用屏盘。使装备设置复杂，占地面积大，日常维护管理工作繁重。这种常规变电站的一个致命弱点是不具备自诊断能力，对二次系统本身的故障无法监测。因此，这种常规变电站已逐渐被淘汰。 要提高变电站运行的可靠性及经济性，一个最有效的方法就是提高变电站运行管理的自动化水平，实现变电站的综合自动化，以微机化的新型二次设备取代传统使用的分立式设备。开发集保护、控制、监测及远动等功能为一体的新型设备，并实现设备共享、信息资源共享，使变电站设计简捷、布局紧凑，运行更加可靠安全。 随着微型计算机技术、集成电路技术的迅速发展，原来越多的新技术和新产品应用到变电站的二次设备中去，使变电站的二次设备得到不断的更新换代。该项研究把一种新型的低压电能量测量芯片与高性能的数字信号处理器(DSP)结合起来，利用DSP体积小、功能强、功耗低、速度快、性价比高等优点，设计出新型的变电站线路测控单元，实现对高压线路的测量、监视和控制，这种新型的二次设备比传统的二次设备具有更高的精度和更快的相应速度。 与此同时，网络理论和技术的发展，也使变电站监控系统的结构发生了很大的变化，由原来的集中控制型逐步过渡到功能分散、模块化的分散网络型，通过现场总线，使主控室和现场之间的联系变成了串行通信联系，从而提高的系统的可靠性和可维护性。CAN总线应用于变电站的监控系统中，组成变电站的数据通信网络，可以提高系统的抗干扰能力和容错能力。 该文就以上的两个方面进行研究和设计，主要内容包括：一是在简单介绍新型电能测量芯片和DSP的基本知识的基础上，提出了一个变电站测控单元的设计方案，并从从硬件和软件两个方面进行了详细的介绍，主要部分是对测量模块的设计；二是系统的通信接口模块设计，从硬件和软件方面详细的介绍了通信模块的三种不同的通信接口的设计，分别是RS-232串行通信、RS-485总线通信、CAN总线通信；三是在分析现代测控系统发展历史，指出了现场总线测控系统的优越性；四是设计出的测控系统单元的基础上，利用CAN现场总线构建变电站的综合监控系统。 该文提出的方案、技术以及结论对于变电站监控系统和自综合动化系统的研究开发、工程设计都具有实际的参考意义。
上传时间： 2013-04-24
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本文对超声波电机驱动控制系统进行了研究。全文主要内容如下：系统介绍了超声波电机的特点、研究历史和主要应用，概述了超声波电机驱动控制技术的研究现状。在介绍压电陶瓷逆压电效应与压电振子谐振特性的基础上，阐述了超声波电机的运行机理及调速原理。介绍了环状行波型超声波电机的基本结构及工作原理。研制了基于DSP的超声波电机驱动控制系统，为超声波电机控制技术的研究提供了一个通用实验平台。通过光电编码器检测超声波电机的速度，研制了利用速度反馈来进行频率调整的频率跟踪控制器，实现了采用频率P调节的超声波电机速度稳定性控制。实现了大外径(80mm)环状行波型超声波电机的高精度位置检测。研制了基于DSP的超声波电机位置控制系统，完成了采用相位差P控制方案进行精密定位控制的实验研究。
上传时间： 2013-05-21
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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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本文通过对永磁同步电机进行了建模，提出了永磁同步电机的数学模型。分析了永磁同步电机矢量控制的原理和特点，选取了采用基于id=0转子磁场定向的方案，确立了基于矢量控制PMSM三闭环调节的伺服控制系统的实施方案。给出了伺服系统的设计及伺服控制中的一些控制策略，并进行了仿真验证，表明该方案是切实可行的。在此基础上，确立了以MC56F8357为核心的永磁同步电机伺服驱动控制器的硬件系统，搭建了相应的试验平台。在Codewarrior集成开发环境下完成了整个伺服控制系统的软件设计，并在PCMaster的基础上完成了伺服控制系统上位机控制界面的设计。实验及使用证明，所研制的试验软硬件平台能很好地完成永磁同步电机位置伺服控制功能，能够完全满足高性能伺服控制系统的基本要求。
上传时间： 2013-08-02
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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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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
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