盘式永磁同步电动机是近年来发展起来的新型结构高性能伺服电动机，具有轴向尺寸短、重量轻、体积小、结构紧凑等特点。可以制成多定子多转子交错组成的多盘式结构，进一步提高转矩，特别适合于机器人和大力矩直接驱动装置。同时由于结构原因，盘式电机的径向尺寸受到一定限制，半径太大会增加加工工艺的难度，有时相关的尺寸数据难以保证，为提高电机的输出功率，一般采用多盘式结构。 目前永磁电机正向着大功率化、高功能化和微型化方向发展，其中高力能密度和高效率是对各类永磁电机设计所提出的共同要求。本文本着提高电机的输出功率的目的，在总结各种盘式永磁同步电机的结构、特点的基础上提出了一种新型的基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机，从提高电机的功率密度入手，将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中。利用钕铁硼永磁材料高矫顽力的优异特性以及Halbach阵列的高聚磁作用来提高电机气隙磁密，使无铁心电机变成可能，同时Halbach阵列使轭部的磁通减小，可相应少用或不用轭部。电机重量因此可以大幅度下降，在一定程度上也可降低电机的成本。
上传时间： 2013-07-06
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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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风能是可再生能源，世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下，本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机，其高运行效率和特殊的电机结构，使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下： 第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理，然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。 第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数，给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布，并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式，为了验证空载电势解析法的正确性，本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，针对双转子电机的特殊结构，提出了三种改善电势波形的方法，并利用解析法对其进行分析，证明了这几种措施的可行性。 第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势，主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形，并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩，对于halbach磁体双转子电机，提出了三种减小转矩脉动的方法，并通过有限元分析进行了比较，证明了这几种措施的可行性。 第四部分对双转子电机的设计进行了分析，提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法，最后设计制作了样机，给出了样机图片。并对样机进行试验，测量不同转速下电机的空载电势波形，电机的电势-转速曲线，电机的负载电压-电流特性曲线，并测量了电枢反应电感数值，通过对比可以得出：试验值、解析值和有限元值吻合很好。
上传时间： 2013-08-04
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与传统的径向磁通圆柱式电机相比，轴向磁通的盘式无铁心永磁同步电机有着许多明显的优点：其结构较为简单，加工及装配费用低，电机运行可靠，不需励磁电流，提高了电机的效率和功率密度。盘式电机永磁化是一种发展趋势，而稀土材料是其首选的永磁材料。我国已研制出盘式永磁同步电机，但还处于试制阶段，要实现产品化，还有许多研究课题亟待解决。 本文主要针对该电机的气隙磁密进行分析，对影响气隙磁密的各种因素展开了研究。具体内容如下： 1) 回顾了永磁电机的研究历史、发展现状和主要应用，对永磁材料的性能及选取、聚磁技术、电机磁场计算所需理论和有限元软件进行了介绍。 2) 将电机内的电磁场、有限元软件和盘式无铁心永磁电机特殊结构相结合，设计出了近二十个有限元计算程序，组成一个针对盘式无铁心永磁同步电机的计算软件包，由这些计算程序出发，对盘式无铁心永磁同步电机进行一系列仿真分析计算。 在绘制气隙磁密三维分布图时，由于有限元软件在绘图方面的限制，需要将气隙磁密数据从有限元软件中导出到文本文件，再由其它数学工具进行气隙磁密的三维图形绘制。在这一过程中由于导出数据格式与绘图工具所需数据格式不能兼容，还需要对导出数据进行处理。由于有限元软件导出的数据量很大，如果对这些数据进行人工整理将增加大量的工作量，所以作者在研究过程中，针对导出数据的特点编写了一个Vb数据处理程序，使数据处理工作得到大大简化。 3) 在上述建立的软件包的基础上，对基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机进行了一系列系统分析，其中包括三维开域磁场分析、永磁体厚度对电机气隙磁密的影响及分析、永磁体宽度变化时气隙磁场分析、采用不同角度Halbach阵列时的气隙磁密分析、不同半径处气隙磁密分析，为在电机设计过程中永磁体的设计提供了依据。 4) 在对盘式无铁心永磁同步电机磁场进行详尽的分析的基础之上，本文提出了对该电机的新设计方案，并就此方案进行了建模分析，结果表明，此新方案所得到的气隙磁密比原结构的气隙磁密更为理想。此外，还对新模型从定性的角度进行了涡流损耗分析，分析表明其结构有利于减小涡流损耗。
上传时间： 2013-04-24
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LED显示屏自问世以来经历了飞速发展，如今已经成为了平板显示器的一个重要产品。LED显示屏具有亮度高、功耗小、颜色鲜艳等特点，能完成实时性、多样性、动态性的信息发布任务，胜任各种户外公共场合。高效节能和保护环境已成为当今世界发展的重要议题。因此，为LED显示屏提供高效节能的电源及其驱动技术，就成为了LED大屏幕显示技术得到推广普及的关键性问题。 本文设计了一种低功耗、小成本的LED显示屏驱动电源，并在此基础上研究了LED显示屏的一种时序扫描算法。采用半桥式开关电源作为LED显示屏驱动电源的基本拓扑，完成了EMI滤波器、主电路和控制驱动电路的设计工作：利用FPGA和VHDL语言设计了基于PWM技术的闭环反馈控制，实现了恒压电源的基本要求；并在电源输出整流侧采用同步整流的设计方案，利用低导通阻抗的电力MOSFET，使整流损耗得到了大大降低。研究了LED显示屏的基本扫描算法，介绍了LED显示屏的一些基本常识和概念，利用FPGA和VHDL语言设计了一种简易的LED显示阵列。仿真和实验研究表明该电路结构简单、控制方便，扫描算法简易可行，满足了LED显示屏时序扫描控制的基本要求。
上传时间： 2013-06-23
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近年来，光伏发电技术取得了长足的进步，太阳能已经成为当今能源的一个重要补充。光伏并网发电是太阳能大规模利用的必然趋势。本文以光伏并网发电系统的核心设备并网逆变器为研究对象，首先给出了单相光伏并网逆变器的详细的硬件设计过程，然后对光伏阵列的最大功能点跟踪、逆变器的特性及控制方法、并网系统的人机交互子系统等进行了深入的研究。 并网逆变器的硬件设计是整个系统的基础和难点之一。本文设计了1套额定功率为3KW的两级式光伏并网逆变器，采用F2812DSP作为系统的控制核心。文章对整个硬件的设计过程和电路原理进行了详细分析。 为提高系统效率，光伏阵列都要求工作在最大功率点处。本文在分析了各种MPPT方法的优缺点的基础上，提出了基于移相全桥电路的电导增量法，给出了整个算法在DSP中的实现过程。 并网逆变器输出级的跟踪控制技术是系统设计的关键点之一。本文详细分析了逆变器输出级的电路工作模式和数学模型，深入分析了T型输出滤波器的原理及电网电压对输出电流的影响，提出了基于前馈补偿的数字PI控制，并给出了其在DSP中的实现过程。 为完成对并网系统的监控和设置，设计了人机交互子系统，该系统是一个小型嵌入式系统，用MODBUS协议实现了子系统和控制系统的通信。本文详细分析了整个子系统的软硬件设计过程。 最后，对整个系统进行了实验验证，结果表明了系统方案的可行性，系统实现了稳定可靠运行。
上传时间： 2013-05-26
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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，新能源的开发与利用愈来愈受到重视。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注。而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。在并网型光伏发电系统中，逆变器是系统中最末一级或唯一一级能量变换装置，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个并网型系统的性能和投资。按照不同的标准光伏并网逆变器的拓扑结构分为很多种，本文主要研究单相非隔离型光伏并网逆变器。 文章首先概述了光伏并网系统的发展情况并分析了当前国际金融危机对光伏产业的影响。其次，分析了当前国际市场上主要的光伏逆变器产品的特点，概括了光伏并网系统中光伏阵列的配置。随后，本文以单相全桥拓扑为模型分析了非隔离型并网系统在采用不同的PWM调制策略下的共模电流，指出了抑制共模电流需满足的条件。对于全桥和半桥拓扑，分析了不同的滤波方式对共模电流抑制的影响。总结了能够抑制共模电流的实用电路拓扑并提出了一种能够抑制共模电流的新拓扑。对不同拓扑的损耗情况在文章中进行了比较。 对于非隔离型并网系统中的逆变器易向电网注入直流分量的问题，首先分析了直流分量产生的原因及其导致变压器产生的直流偏磁饱和现象。在此基础上，总结了抑制直流分量的方法，指出了半桥拓扑能够抑制直流分量。对于并网电流的控制，工程上通常采用比例积分控制器，而比例积分控制器在理论上无法实现无静差控制，因此，本文对能够实现无静差控制的比例谐振控制器进行了简要分析。最后，在非隔离型1.5kW实验平台上对共模电流和直流分量的抑制方法进行了验证。
上传时间： 2013-07-30
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世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文根据逆变器结构以及光伏发电阵列特点，提出了基于DC-DC和DC-AC两级并网逆变器的结构。基于DC-DC和DC-AC电路的相对独立性，分别对DC-DC和DC-AC进行详尽分析，并提出了新的控制策略。在DC-DC转换器中，采用了Boost电路对太阳能阵列输出电压进行调制，并对系统进行最大功率点跟踪。针对固定电压法和扰动法跟踪最大功率点的缺点，提出三点最小二乘最大功率点跟踪的新算法，实验证明了该算法能够准确而迅速的跟踪系统最大功率点，从而提高系统的利用率，稳定系统的输出电压。在DC-AC转换器中，采用输出电流控制，根据正弦脉冲宽度调制的缺点，提出空间矢量脉冲宽度调制方法对逆变器进行控制，从而提高直流侧电压的利用率，减少谐波。基于SVPWM的控制原理，建立系统模型，结果表明输出电流与电网电压保持同相位，从而证明了该控制算法的可行性。 在提出新的控制策略的基础上，对2kW的三相并网逆变器进行硬件设计，包括主电路DC-DC和DC-AC，驱动电路以及电压电流检测电路，过零检测电路等，为类似结构的光伏并网逆变器提供了设计参考。
上传时间： 2013-07-16
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逆变器作为光伏阵列和电网接口的主要设备，它的性能决定着整个光伏发电系统的性能。为了将光伏阵列产生的电能最大限度地馈入电网，并提高其运行的稳定度、可靠性和精确度，必须对并网逆变器的主电路拓扑选择、滤波器参数设计及其控制策略选取等进行深入研究。 论文首先分析了光伏发电的国内外发展现状和应用前景，对光伏并网发电系统的种类、结构和并网标准进行了综述。针对众多适用于光伏并网的逆变器拓扑进行了详细的比较分析，最终确定了一台单相满载功率1kW、并网电压220V的逆变器拓扑及其主电路参数，对其输出滤波器参数进行设计，并对其进行了幅频特性分析。 其次，详细分析和研究逆变器的并网控制策略，确定了在独立工作模式下的瞬时电压控制策略和在并网工作模式下的瞬时电流控制策略。根据选定的控制策略分别对其控制系统进行了建模和闭环参数设计，并利用Sabet软件进行系统仿真，验证了系统建模和设计的正确性。 接着，在分析光伏阵列特性的基础上，总结和比较了常用的几种MPPT（Maximum Power Point Tracking）控制方法，通过扰动观测法对并网逆变器输出电流的控制，实现了光伏阵列的MPPT，并给出了设计方案和实验验证。 最后，根据以上分析结果，研制了一台基于DSP控制的光伏并网逆变器的试验样机，并详述了其软硬件的设计方案，给出了相关实验结果。
上传时间： 2013-04-24
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由于世界能源危机的日益严重和全球环境的不断恶化，大规模开发清洁可再生能源成为当前能源战略的主要方向。太阳能作为当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一，得到了各界的广泛关注。在太阳能的利用中，光伏发电并网又是其主要发展方向之一。 由于光伏产业界目前还没有统一的标准，又因为功率等级及应用场合的不同，使各种拓扑结构的光伏并网变流器都得以尝试使用。本文就是在此背景下，对当前使用的各类光伏并网变流器的拓扑结构和控制方法进行比较，并结合光伏并网系统实际应用中暴露的主要缺陷，从适应光伏阵列输出特性和提高系统整体的可靠性两方面入手，提出Z-source变换器结合PWM整流器的拓扑结构。 文章首先介绍了光伏并网系统中并网变流器的三种隔离回路方式，及应用于小功率和中大功率场合的不同主电路拓扑结构及控制策略，比较其优缺点，提出了Z-source变换器结合PWM整流组成的光伏发电系统。这种拓扑结构可以减小系统中电解电容的体积容量，并解决由太阳能电池板输出电压大范围变化所带来一系列问题，同时可以在一定程度上改善系统的可靠性问题。其次，文中分析介绍了Z-source变换器的工作原理，对比了三种升压控制的实现方式和性能差异，并简述了逆变器的三种SPWM电流控制策略及其优缺点。最后，结合整体系统需要，将Z-source变换器的升压控制与PWM整流器的并网控制融合，提出完成逆变并网功能和最大功率点跟踪的控制思想。 根据上述分析和研究，选定整体光伏系统的硬件结构和控制方案。详细阐述了系统硬件部分的设计计算，提供了系统主电路结构、参数计算、元件选型和控制电路的设计的详细说明，并完成了主电路硬件的制作。根据空间状态方程法对光伏发电系统进行仿真建模，仿真模型包括主电路拓扑及各控制子模块，文中简要说明各控制模块的功能，给出仿真结果并进行分析。验证该系统可以较好的实现本文提出的控制方案所应完成的各项功能，系统工作稳定可靠，性能良好。
上传时间： 2013-07-12
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