该文介绍了一种新型高压发电机电力发生器,它无需升压变压器即可直接连接到电网,其定子采用多层同心式绕组,槽内导体为高压电缆,高压电缆的引入克服了传统发电机输出电压不能高于36kV的限制;并简要介绍了这种发电机的全新设计与应用前景;最后针对电力发生器不同于传统发电机的结构,借助有限元分析软件进行了端部的建模、端部磁场、端部漏抗与端部电磁力的求解.文中围绕一模型样机,首先介绍了三维涡流场计算与利用磁场储能进行参数计算的理论基础.之后进行了对定子端部区域的建模,由于电力发生器采用多层同心式绕组,其端部结构较为复杂,这对模型的建立、剖分都带来了相当大的难度.为了达到简化分析计算的目的,我们对所求解的实际模型进行了简化处理,并阐述了简化的理论根据.在此基础上,详细介绍了如何利用有限元分析软件ANSYS进行具体分析计算,包括网格剖分、电流加载及边界条件的处理.最后得出了端部磁场矢量分布图,端部漏抗值及端部绕组的电磁力分布规律.该文采用了简化模型的方法进行计算,为了验证简化的合理性,我们进行了实例计算验证.结果表明,文中所采用的简化方法是合理的.该文所进行端部磁场、端部漏抗及端部电磁力计算,为进一步分析其他工况下电力发生器端部电磁力及振动提供了参考.
上传时间： 2013-06-26
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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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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
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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关注，有着良好的发展前景。本文致力于研究变速恒频风力发电技术，从分析其运行机理入手，比较了定桨距、变桨距和变速恒频风力发电的区别，选定双馈式变速恒频方案：它在低风速阶段主要进行变桨距调节追求最大风能捕获，高风速时通过控制双馈电机转子侧的电流，达到定子输出恒频和有功、无功的独立调节。变桨距风力机作为风能转换为机械能的设备，是风力发电系统的重要组成部分，它与风电场风能资源的匹配问题直接影响到了风力发电系统的运行特性。本文以风能理论为基础，探讨了风力机组设备的选型问题，建立起风速和风力机系统的数学模型。双馈异步电机是变速恒频风力发电系统的核心。本文分析了其基本运行特点，指出双馈发电机具有普通交流电机无法比拟的优点；研究了稳态电路和功率平衡关系，并详细推导出M-T-0坐标系下的5阶状态方程，建立起定子磁链定向矢量控制系统，实现了定子有功和无功的解耦控制，使电机控制简单化。变频器是双馈电机实现变速恒频运行的关键，本文选定了六脉波交-交变频器作为励磁电源。通过对其主电路结构、余弦交截法和触发脉冲产生原理等的进一步分析，建立起六脉波交-交变频器的数学模型，并处理了与变频器与发电机的接口问题。最后，利用Matlab6.5/Simulink5.0仿真软件，建立了系统各组成部分的仿真模型，并进行了仿真实验研究。仿真结果表明，所建模型是正确的，变速恒频风力发电系统具有良好的运行特性。
上传时间： 2013-07-14
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在国内，目前工控领域广泛用到的伺服系统(包括伺服电机和伺服驱动器)有整套购买国外某一个厂商的，也有自己开发电机，然后购买国外的伺服驱动器来配置伺服系统。前一种情况伺服电机与驱动器之间的整合程度是比较高，而后一种情况伺服电机的设计容易忽视与之配套的伺服驱动器的控制策略以及伺服驱动器的输出电压，输出电流特点，很容易造成所设计的伺服电机不能充分发挥其性能以及材料的不合理利用。本文讨论了作为伺服电机用的永磁同步电动机在整合伺服驱动器控制方式和输出电压、电流特性下的设计过程。 本文首先简要介绍了永磁同步电动机作为伺服电机较其他类型的电机的优势，接着以永磁同步电动机作为伺服电机，对给定指标要求的永磁同步电动机，在永磁体分别采用表面安装和内置两种转子磁路结构时进行了场路结合的设计与分析，分析了在磁场定向控制方式下两种转子磁路结构的永磁同步电动机的工作特性、转矩脉动等。得出了永磁体表面安装转子磁路结构的永磁同步电动机作为伺服电机时更适合磁场定向控制运行的结论。 此外，从已经成功设计了的永磁同步电动机出发，整合所设计的永磁同步电动机将要采用的驱动器其控制方式，并在一些有依据的假设前提下确定了电机的能量包函数(包括功率、转速等一些额定指标)与一些主要尺寸函数表达式。初步得出了一种行之有效的、快速确定使用同一套定转子冲片伺服电机尺寸的方法。 最后试制了样机以及其在伺服驱动器下进行了实验，并比较分析了实验和理论分析的结果。
上传时间： 2013-05-30
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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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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
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感应电机双馈调速系统是一种性能优越的电力拖动控制系统，它不仅降低了功率变换器的额定功率，而且能够通过调节转子电压的幅值、相位和频率来实现电机定子侧功率因数的调节。由于系统控制方法的灵活性和多样性，使得双馈电机在工业传动领域、风力发电以及抽水蓄能电站中拥有广阔的应用前景。 本文主要对双馈电机矢量控制系统进行了相关研究。首先，比较双馈调速系统和传统的异步电机变频调速系统的异同点，阐述了双馈电机的工作原理，各种不同的磁场定向控制方式，并分析了它的稳态特性；接着，利用双馈调速系统控制方法灵活多样的特点，构建了一套交直交变换器励磁的矢量调速系统，系统模型建立在以转子磁链定向了同步旋转的坐标轴系中，可以实现双馈电机转速与无功功率的解耦控制，同时，控制交直交变换器能量的双向流动，双馈电机可以在超同步、亚同步方式下运行，通过计算机仿真，验证了这种控制方式的可行性和正确性；随后，阐述了双馈电机的功角特性，通过功角特性分析了电机的静态稳定性，并建立了双馈电机的开环电压控制、开环电流控制以及矢量控制的小信号模型，对上述几种控制方式下的双馈电机暂态稳定性进行了深入研究；最后，综合上述讨论结果，设计了双馈电机的控制系统硬件部分，并给出了部分软件设计流程。
上传时间： 2013-07-25
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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
本课题是国家自然科学基金重点资助项目“微型燃气轮机一高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”(50437010)的部分研究内容。高速电机的体积小、功率密度大和效率高，正在成为电机领域的研究热点之一。高速电机的主要特点有两个：一是转子的高速旋转，二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率，由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。本文针对高速永磁电机的机械与电磁特性及其关键技术进行了深入地研究，主要包括以下内容： 首先，进行了高速永磁电机转子的结构设计与强度分析。根据永磁体抗压强度远大于抗拉强度的特点，提出了一种采用整体永磁体外加非导磁高强度合金钢护套的新型转子结构。永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加的静态预压力抵消高速旋转离心力产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。基于弹性力学厚壁筒理论与有限元接触理论，建立了新型高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，计算了永磁体和护套中的应力分布。该种转子结构和强度计算方法已应用于高速永磁电机的样机设计。 其次，进行了高速永磁转子的刚度分析和磁力轴承—转子系统的临界转速计算。基于电磁场理论分析了磁力轴承支承的各向同性，利用气隙静态偏置磁通密度计算了磁力轴承的线性支承刚度，在对高速电机转子结构离散化的基础上建立了磁力轴承—转子系统的动力学方程，采用有限元法计算了高速永磁电机转子的临界转速。利用该计算方法设计的1台采用磁力轴承的高速电机，已成功实现60000r/min的运行。 再次，进行了高速永磁电机的定子设计，提出了一种新型环形绕组结构。环型绕组线圈的下层边放在定子铁心的6个槽中，而上层边分布在定子铁心轭部外缘的24个槽中，不但增加了定子表面的通风散热面积，使冷却气流直接冷却定子绕组，更为重要的是，解决了传统2极电机绕组端部轴向过长的难题，使转子轴向长度大为缩短，从而增加了高速永磁电机转子系统的刚度。 然后，采用场路耦合以及解析与实验相结合的方法，分析计算了高速永磁电机的损耗和温升，并对高速永磁发电机的电磁特性进行了仿真。高速电机的优点是体积小和功率密度大，然而随之而来的缺点是单位体积的损耗大，以及因散热面积小造成的散热困难。损耗和温升的准确计算对高速电机的安全运行至关重要。为了准确计算高速电机的高频铁耗，对定子铁心所采用的各向异性冷轧电工钢片制作的试件，进行了不同频率和不同轧制方向的导磁性能和损耗系数测定。然后采用场路耦合的方法，分析计算了高速电机的定子铁耗和铜耗、转子护套和永磁体内的高频附加损耗以及转子表面的风磨损耗。在损耗分析的基础上，计算了高速电机的温升。最后，设计制造了一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机试验样机，并进行了初步的试验研究。测量了电机在不同转速下空载运行时的定、转子温升及定子绕组的反电动势波形。通过与仿真结果的对比，部分验证了高速永磁电机理论分析和设计方法的正确性。在此基础上，提出一种高速永磁电机的改进设计方案，为进一步的研究工作打下了基础。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：woshiayin
