本课题来源于国家863计划《高速高效防爆稀土永磁同步电机研究》项目的部分研究内容。为了进一步提高稀土永磁同步电动机的效率，本论文主要采用有限元分析与实验相结合的方法，重点针对稀土永磁同步电动机稳态运行时的谐波转子铜耗、瞬态起动过程以及空载谐波磁场进行了深入研究。 论文利用有限元电磁场仿真软件MagNet，对油田抽油用22kW稀土永磁同步电动机进行了详细的电磁场仿真计算，首次，对谐波磁场引起的稀土永磁同步电动机稳态运行时的转子铜耗进行了深入分析。通过对22kW电机的间接法和直接法效率实验，分离出谐波引起的杂散损耗，并与仿真计算结果进行对比分析，证明了：实际稀土永磁同步电动机稳态运行时是存在转子铜耗的，这也是和传统稀土永磁同步电动机理论不同的地方。研究成果《稀土永磁同步电动机稳态运行时的转子铜耗分析》发表在核心期刊《微特电机》2006年第9期上。 论文采用有限元MagNet对抽油用22kW稀土永磁同步电动机进行了起动过程的仿真研究，并利用先进的动态示波记录仪DL750对22kW电机进行了空载起动过程的实验。实验结果表明有限元电磁仿真计算结果是准确的，也为稀土永磁同步电动机的优化设计提供了参考依据。研究成果《基于有限元的稀土永磁同步电动机起动过程仿真研究》发表在核心期刊《微特电机》2007年第1期上。 论文应用有限元电磁场软件MagNet对作者设计的370W稀土永磁同步电动机的空载气隙磁场进行了仿真分析，得到空载谐波磁场的波形畸变率是6.23﹪；为了验证有限元分析结果的正确性，专门设计了两台370W稀土永磁同步电动机对拖实验，利用WT3000电力分析仪分析出：实际空载气隙磁场波形的畸变率是3.26﹪；通过实验结果和仿真结果的对比分析，发现实际电机的转子鼠笼条对电机空载谐波磁场有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步电动机空载气隙磁场的谐波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特电机》上。
上传时间： 2013-04-24
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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
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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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为设计高性能、低损耗的电机，需要准确地分析电机铁耗。本文从铁磁材料的磁化特点出发，以分离铁耗模型为基础，对交变磁化以及旋转磁化条件下铁磁材料和电机的铁耗进行分析和计算，分别从理论和实践角度着重就电机铁耗计算和测量中的一些相关问题作了深入研究。 按照分离铁耗模型，铁心损耗可以分成磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗。本文首先从交流磁滞回线的产生机理出发，在Preisach静态磁滞模型的基础上，利用极限磁滞回线的对称性，采用人工神经网络技术，建立了Preisach人工神经网络磁滞仿真模型，实现了对铁磁材料交流磁滞回线的理论计算，为磁滞损耗的理论分析和计算奠定了基础；为对交流磁滞回线进行实测，本文给出了一种采用爱泼斯坦方圈测量铁磁材料交流磁滞回线与磁滞损耗的新方法，该方法克服了环形样片测量法的不足，操作简单，且测量精度高，具有较好的实用价值。利用该方法得到的实验数据很好地验证了理论计算结果。 对涡流损耗以及异常损耗的计算模型，本文系统地给出了其推导过程，对模型中的参数进一步加以明确，并对模型的特点进行了分析。铁磁材料异常损耗计算模型是基于统计学原理推导而来的，模型中参数的确定涉及到铁磁材料的微观特性，本文给出了通过实验确定其参数的具体方法；考虑到工程中异常损耗计算模型是其理论模型的简化形式，文中对两者的差别进行了分析。 在分析电机铁耗时，既要考虑铁心材料本身的损耗特性，也要考虑电机供电方式以及铁心中磁场变化等因素对铁耗的影响。在对铁磁材料损耗特性分析的基础上，本文考虑到局部磁滞回环对电机铁耗的影响，推导了计及局部磁滞作用的电机铁耗模型，并从理论上对C.P.Steinmetz的磁滞损耗经验公式进行了验证，从而明确了公式中经验系数的物理意义；同时通过实验研究，分析了磁化频率对磁滞损耗系数的影响，提出了在磁化频率较高时分段确定磁滞损耗系数的方法；考虑到现代电机控制策略以及供电方式的多样性，本文对正弦波、方波以及三角波电压供电时铁心材料的交变铁耗模型分别进行了推导，给出了其解析表达式，并通过实测证明了模型的有效性；对SPWM这类应用较为广泛的非正弦供电方式，推导了电机交变损耗的一般计算模型，分析了SPWM变频器供电时电机铁耗与变频器参数的关系，给出了其关系的数量表达式; 同时采用改进的爱泼斯坦方圈试验平台对非正弦供电条件下的铁磁材料损耗和电机铁耗进行了实验研究。 考虑到电机铁心制造过程中冲压对铁心材料特性的影响，本文提出了一套简便的对铁磁材料进行冲压影响研究的实验方法，利用该方法，有效地对材料的冲压影响特性进行了分析。在实验研究的基础上，本文推导了考虑冲压影响时的铁磁材料损耗的修正系数，从而在传统交变铁耗分离模型的基础上，建立了计及冲压影响的电机铁耗计算模型。对模型中引入的冲压影响修正系数，给出了详细的推导过程和明确的计算方法，从而使传统的经验修正方法得到改善。 在旋转电机中，除交变磁化外，同时还存在大量的旋转磁化。本文对旋转磁化的物理机理进行了初步探讨，分析了旋转磁化条件下的损耗特点，系统介绍了当前铁磁材料旋转磁化性能以及旋转磁化损耗实验测量和理论计算的方法和手段。 在以上铁耗理论的基础上，充分考虑铁心的非线性及磁滞特性，本文建立了一般条件下的铁心动态电路模型，并将该模型应用于异步电动机铁心等效电路中，推导了异步电动机动态铁耗的分离等效电阻。以一台三相异步电动机为样机，采用以上铁耗的动态分离等效电阻，有效地对电机铁耗进行了分离，从而为深入研究电机的动态铁耗特性提供了便利。 论文最后以一台永磁无刷直流电机为例，对电机的运行特性以及铁心损耗进行了分析计算。分析中应用场路结合法，建立了永磁无刷电机换流等效电路模型，采用镜像法建立了深槽无刷电机电枢反应分析模型；在电机铁耗分析中，推导了考虑旋转磁化的电机铁耗工程计算模型，对样机铁耗进行了理论计算，并通过构建实验平台，对旋转磁化条件下的样机空载铁耗进行了测量，最终理论值与实测值吻合良好，证明了上述方法的有效性。
上传时间： 2013-07-02
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本课题的研究工作主要围绕机床用永磁交流伺服电动机设计展开，所做的主要工作包括以下几个部分： 首先，钕铁硼永磁材料导电率较高、耐热性能较差，当电机气隙磁场谐波含量较大时，永磁体中就会感应出涡流形成涡流损耗导致永磁体发热。因此，有必要对转子永磁体内的涡流进行计算和分析。本文分析了永磁同步电动机转子永磁体内涡流产生的原因，建立涡流的数学模型并推导出永磁体涡流损耗的计算公式。用ANSOFT有限元软件建立电动机的物理模型进行电磁场求解，结合路的计算公式算出永磁体的涡流损耗。 其次，运行平稳性是伺服电动机的一项重要的性能指标，而转矩波动的大小直接影响运行平稳性。本文分析了机床用永磁交流伺服电动机转矩波动产生的原因，运用转矩波动计算公式结合ANSOFT有限元软件，计算比较相同功率、相同极数不同槽数时，电动机的转矩波动情况。通过比较计算出的转矩波动百分比的大小，选择所设计电动机的极槽配合，以提高机床用永磁交流伺服电动机的运行性能。 最后，完成机床用永磁交流伺服电动机基本结构尺寸以及电磁参数的选取，利用有限元软件，分析计算气隙长度变化对失步转矩倍数和永磁体用量的影响，以及永磁体宽度对气隙磁密波形的影响，以此合理选择气隙长度和永磁体的宽度，使电动机的性能更优良。在上述研究的基础上，本文设计了一台0.9kW，8极36槽的机床用永磁交流伺服电动机样机，并对其性能进行了测试，测试结果表明，电机的性能指标达到了预期的要求，证明了电机设计过程理论分析计算的正确性。
上传时间： 2013-06-13
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电机直接启动时产生几倍于额定电流的冲击电流，不仅对电网造成不良影响，而且严重的影响电机的使用寿命。为了改善电机的启动特性，在电机领域采用由晶闸管控制的电机软启动器，基于电机软启动器的优良特性，本文提出了一种基于高速数字处理器TMS320LF2407A的高性能的异步电动机软起动器。 异步电机在轻载运行时，功率损耗增大，功率因数和效率都大大降低，造成了大量电能的浪费。本文从理论上分析了影响损耗的各种因素，提出了降压节能方案，然后进行了相关实验验证方案效果。 本文利用MATLAB搭建了软起动器系统的仿真模型，对软起动的控制方式进行了仿真研究。仿真结果表明该软起动器系统可以有效地减小异步电动机起动时对电网的冲击。本文同时也阐述了晶闸管调压电路及软起动器主电路的工作原理、软起动器的硬件结构和功能以及软件设计。 利用TMS320LF2407A和89S52组成的双CPU系统，研制了性能优良、操作简易、界面清晰的三相异步电动机软启动器，本文给出了系统的硬件结构、软件设计思想和相关的实验曲线。实验证明，系统具有良好的控制特性。
上传时间： 2013-06-24
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异步起动永磁同步电动机有别于调速永磁同步电动机，转子上设有起动绕组，具有在某一频率和电压下的自行起动能力，同传统的三相感应电动机相比，具有在宽负载范围内效率高、功率因数高的优点，符合国家“节能环保”的指导方向，有广泛的应用前景。 这种电机自问世以来，就受到普遍关注与重视，经过二十几年的研究与发展，三相异步起动永磁同步电动机的设计技术逐渐成熟，并且已经开始被用于某些工业场合，但由于转子磁路结构相对复杂，电动机的优化设计方法尚不完善，因而一直以来未得到大范围内的推广和应用。 本课题以此为切入点，以小功率三相异步起动永磁同步电动机的批量生产为目标，本着转子结构尽可能简单、加工工艺尽可能简化、同时电机性能尽可能提高的原则，对异步起动永磁同步电动机的优化设计方法进行研究。在研究过程中，作者应用Maxwell、Magneforce和Magnet等电机设计仿真软件，系统分析了永磁体的嵌放深度、定转子的齿槽配合、以及定转子的磁路饱和等问题对电机性能的影响，最终设计并制成一台容量为1.1kW的四极径向磁路式异步起动永磁同步电动机，样机的性能测试实验结果与仿真所得结果吻合，成本预算与各方面性能指标均满足设计需求。 在样机制成后，作者进一步对样机的设计进行了优化，实验结果证明所设计异步起动永磁同步电动机完全可以替代同规格的1.1kW，Y90S-4感应电动机。
上传时间： 2013-07-31
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电动油泵在国外高中档汽车中已有广泛应用，在国内，一些国产汽车也开始使用电动燃油泵，目前油泵电机普遍采用有刷直流电机，从而带来寿命短、可靠性低、EMC性能差等不利影响。本论文基于实际需要，采用Magneforce/BIDC软件，设计了一台无刷直流电机油泵电机代替原有有刷直流电机，以期改善原有电动油泵的运行性能，提高可靠性，延长使用寿命。文中给出了两种满足性能指标的方案，并对它们的工作特性及额定运行性能作了比较。并就其中一种方案(四极六槽结构)研究了磁钢极弧宽度、超前导通角对电机性能的影响，以及一系列设计参数对定位转矩的影响。之后，论文采用了ANSOFT/MAXWELL软件对样机进行了磁场分析，得出了样机在一个电周期内空载和负载时的磁场分布规律。另外论文采用了ANSYS软件，分析了样机的温度场分布。 为了进一步分析无刷直流油泵电机的可靠性，论文建立了带霍尔位置传感器的无刷直流电机的Simulink仿真模型，并利用该仿真模型对无刷直流电机所可能发生的故障进行了仿真研究。仿真了无刷直流电机常见的包括电机本体、逆变器及位置传感器在内的三类故障运行情况，在理论上对各个故障仿真结果进行了详细分析，并在样机上实验验证了仿真结果，这对进一步提高无刷直流电机的故障诊断水平及提高电机的可靠性具有重要的指导意义。 论文还根据样机的性能参数及实际应用的需要，研制了一台基于ML4425的无刷直流电机无位置传感器控制器。实验证明，该无位置传感器控制无刷直流油泵电机可以取代原有的有刷电机，满足实际应用的需要。
上传时间： 2013-05-29
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随着无刷直流电机在工业控制和家用电器等领域中的应用越来越广泛，其传统的带位置传感器无刷直流电机控制呈现出越来越多的局限性，由此，无位置传感器控制便应运而生，特别是“反电势”法无位置传感器控制逐渐受到了人们的青睐，并成为无刷直流电机控制系统的研究热点及发展主流。 论文在详细介绍了无刷直流电机的运行原理及数学模型的基础上，对反电势过零检测法无位置传感器控制的原理以及过零检测电路的设计进行了详细的分析和研究。由于在零速或低速时电机反电势为零或很小，基于反电势的控制方法都需要特殊的起动技术，本文在分析常有起动方法的优缺点的基础上，提出了一种新的起动方法一转子位置闭环起动法，该起动方法包括转子零初始位置检测、转子位置闭环加速以及切换至反电势法运行三个步骤，并通过仿真和实验证明，与传统的三段式起动方法相比，该起动方法具有更优良的起动性能。同时，本文还对反电势法无位置传感器控制的检测误差及干扰影响进行了系统的理论分析，并提出了相应的误差补偿及干扰抑制措施。 最后，确立了以MC56F805为核心的无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬件系统，搭建了相应的硬件实验平台。在Codewarrior集成开发环境下完成了整个无刷直流电机无位置传感器控制系统的软件设计。实验证明，所研制的试验软硬件平台能很好地完成无刷直流电机无位置传感器控制功能，控制系统结构简单、响应快速、可靠性高。
上传时间： 2013-07-21
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