永磁同步发电机由于一系列高效节能的优点，在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用，并且受到许多学者的关注，其研究领域主要涉及永磁同步发电机的设计、精确性能分析、控制等方面。 本课题作为国家自然科学基金项目《无刷无励磁机谐波励磁的混合励磁永磁电机的研究》的课题，主要研究永磁电机的电磁场空载和负载计算，求出永磁电机的电压波形和电压调整率，为分段式转子的混合励磁永磁电机的研究奠定基础，主要做了以下工作： 首先介绍了永磁同步发电机的基本原理，包括永磁同步发电机的结构形式和永磁同步发电机的运行性能，采用传统解析理论给出了电压调整率的计算方法及外特性的计算模型；然后用有限元ANSYS对永磁同步发电机样机进行实体建模，经过定义分配材料、划分网格、加边界条件和载荷、求解计算等，得到矢量磁位Az、磁场强度H、磁感应强度B等结果，直观地看出电机内部的磁场分布情况。 其次根据电磁场计算结果，应用齿磁通法对其进行后处理。该方法求解转子在一个齿距内不同位置处的磁场，以定子齿的磁通为计算单位，根据绕组与齿的匝链关系，计算出磁链随时间的变化，进而得到永磁同步发电机空、负载时电压大小及波形。通过计算结果写实验结果对比，验证了齿磁通法的正确性，为计算永磁同步发电机各种性能特性提供有力工具。 最后，基于齿磁通法对永磁同步发电机的外特性进行了深入研究，定量分析了结构参数对外特性的影响规律，提出了有效降低电压调整率的方法的是：增加气隙长度g的同时，适当增加永磁体的磁化方向的长度hm；此外，要尽量的减少每相串联匝数N和增大导线面积以减小阻抗参数。通过改变电机的结构参数，对其电磁场进行计算，找到永磁电机电压调整率的变化规律，为加电励磁的混合励磁永磁电机做准备，达到稳定输出电压的目的。
上传时间： 2013-04-24
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在传统的直线驱动场合，都是由旋转电机提供原动力，再由丝杠、丝杆、齿条等中间机构转换为直线运动。这样的设置，不仅在中间传动过程中消耗了大量的能量，而且摩擦产生的噪声也非常明显，同时也给系统的维护工作带来了麻烦。 直线电机的出现可以使上述问题得到解决，由于具备直接将电能转化为直线运动的能力，直线电机已经在机床驱动、集成电路组装等场合逐渐取代了传统的旋转电机的位置。 自19世纪中期直线电机的概念被首次提出以来，经过孕育、实验、开发和实用这四个阶段的发展，并借助于电力电子技术，以及日渐成熟的直线电机控制技术，直线电机已经广泛应用到了制造业、交通运输业等各个方面。 与旋转电机类似，按工作原理的不同，直线电机也有着各种类型，应用较多的是直线步进电机、直线同步电机和直线感应电机。其中直线步进电机更多的是应用在需要精确定位的场合，比如半导体工业；后两者则被应用在需要连续和大推力的场合，比如机床。而直线同步电机，尤其是永磁直线同步电机，凭借更大的单位面积推力、更高的效率等优点受到了更多的青睐，与此同时，由于没有了励磁绕组，电机的整个结构也得以简化。另一方面，我国丰富的稀土资源也为这种电机的发展提供了广泛空间。 作为一种较为新颖的电机，目前国内仍缺乏系统化的永磁直线同步电机设计方案，尤其是电枢绕组部分。常用的方法仍是基于传统的旋转电机，例如使用双层叠绕组方案。通过对实际电机的软件模拟，我们发现这样的设计思路的表现并不能令人满意，比如造成了动子线圈槽满率过大，电机设计难以形成系列化等缺点，而电机本身输出推力的波动也较大。 针对传统方案的一系列缺点，本文提出了一种新的永磁直线同步电机设计方案。该方案基于“单元电机”的概念，使用单层同心式线圈。当目标推力要求变化时，只需改变“单元电机”的数目和排列组合的方式，就可以达到改变的目的。而每个单元中的绕组连接方式则不需要改变，由此避免了繁琐而复杂的绕组设计，这就给电机的系列化设计带来了便捷。同时，单层绕组的使用也更方便嵌线，也更有利于降低铜耗，提高效率。 在完成单元电机设计任务的基础上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的电磁场有限元分析软件MagNet对电机的运行进行了模拟，并得到了电机的额定输出推力曲线和反电动势曲线，输出推力曲线较之传统方案也更平稳。体现了该设计方案的优越性。
上传时间： 2013-06-29
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同步电动机以其可调的功率因数和输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能，在大功率电气传动领域独占螯头。同步电机虽然有很多优点，但它的最大缺点是起动困难。目前，大功率同步电机的软起动大多采用静止变频器起动方式，但由于变频器多采用晶闸管作为功率器件从而要依靠电动机产生的反电势才能自行关断并且辅助设备较多。而一旦逆变器换流失败就会导致电动机起动失败。针对晶闸管不能自行关断的缺点，本文研究了一种以IGBT做为变频器功率器件的转速开环恒压频比控制的起动方法。 @@ 首先，根据同步电动机的工作原理对同步电动机的起动特性进行了详细分析，并对全压异步起动方法进行了仿真研究，得出了起动过程中电动机相电流、电磁转矩等参数的变化曲线。针对异步起动过程中定子绕组产生过大冲击电流的问题，提出了逐级变频的转速开环恒压频比控制同步电动机软起动方法。阐述了逐级变频开环控制同步电动机软起动的原理，即通过逐级改变变频器输出频率使转子转速跟随定子旋转磁场转速逐级升高至额定值。推导出起动过程中变频器逐级变化的频率与电动机转动惯量、电磁转矩等参数的关系式。通过对一台同步电动机做工频起动和低频起动的仿真研究，证明了同步电动机在低频下依靠同步电磁转矩自行起动的可行性。通过计算转子转速达到相应同步转速的时间来确定变频器逐级升高的电压频率随时间的变化规律。然后，在采用电压型交直交变频器作为同步电机变频电源的基础上，设计了恒压频比逐级变频软起动的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK构建了转速开环恒压频比控制同步电动机软起动的数学模型，对同步电动机的起动过程进行仿真试验，并且分别对空载起动和负载起动过程进行了分析。仿真结果验证了转速开环控制同步电动机软起动的可行性。 @@ 针对同步电动机起动后的并网问题进行了理论分析，并研究了相应的并网控制方案。应用MATLAB/SIMULINK对并网过程进行仿真试验，给出并网瞬间电网电压、同步电机相电流等参数变化曲线，从而验证了并网方案的可行性。 @@ 最后，对所做工作进行了总结，并展望了大功率同步电动机的软起动技术。 @@关键词：同步电动机；软起动；变频器；恒压频比
上传时间： 2013-05-26
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在电力系统容量日益扩大和电网电压运行等级不断提高的潮流下，传统电磁式互感器在运行中暴露出越来越多的弊端，难以满足电力系统向自动化、标准化和数字化的发展需求，电子式互感器取代传统电磁式互感器已经成为一种必然的趋势，并成为人们研究的热点。本文围绕电子式电流互感器高压侧数据采集系统进行了研究与设计。 Rogowski线圈是电流传感元件，本文总绐了Rogowski线圈的基本原理，其中包括线圈的等效电路和相量图，线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上，结合实际设计一款高精度PCBRogowski线圈。电容分压器是电压传感元件，文章中介绍了传感器的原理、传感器的模型结构，针对其自身结构缺陷和工作环境的电磁干扰，提出具有针对性的电磁兼容设计方法。 积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点；数字积分器具有性能稳定，精度高等优点。后者的优势使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个热点问题。本文设计了一套数字积分器设计的方法，其中包括了积分算法的选择，积分输入采样率和分辨率的确定，数字积分器的通用结构，积分初值的选择方法等。 为了保证系统的运行稳定，文章中的系统只采用激光供电模式，降低数据采集系统的功耗就成了系统设计的一个重要环节。文章中介绍了一些实用的低功耗处理方法，分析了激光器的特性，光电池的特性和光电转换器件的特性，并根据这些器件的特性，改进了数据发送激光器的驱动电路，大幅度降低了系统的功耗，保证了系统在较低供电功率条件下的正常运行。 论文最后对全文工作进行总结，提出进一步需要解决的问题。
上传时间： 2013-07-10
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目前离心机的变频控制，采用的多是通用变频器，没有自主开发的离心机专用的交流调速控制器。同时，在控制方法上采用的主要还是V/F控制以及矢量控制，而效率更高，性能更好的直接转矩控制方法则还没有得到广泛的应用。直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节(Bang-Bang控制)产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，获得转矩的高动态性能。直接转矩控制，控制结构简单、控制手段直接、信号处理的物理概念明确、转矩响应迅速，限制在一拍内，是一种具有高动态响应的交流调速系统。本文通过对直接转矩控制系统原理的分析、软硬件的设计制作、系统的调试试验，得到以下结论: ⑴直接转矩控制系统，控制手段直接、信号处理的物理概念明确、转矩动态响应迅速； ⑵直接转矩控制系统中，低速阶段转矩脉动明显，通过采用异步电动机适应全速的U-I模型，以及扇区细化等，可以有效减小转矩脉动;由于转矩和磁链采用离散的两点式调节，即使在高速运行阶段转矩也有轻微的脉动，通过细分磁链扇区，采用空间矢量脉宽调制技术可以有效减小脉动，提高系统控制性能； ⑶直接转矩控制系统中，检测环节及其重要，特别是电压、电流的检测。无论采用哪种电机模型，电压和电流都是最主要的参数，准确的电压、电流检测能够增加电机模型的正确性，为控制提供基本的保障； ⑷直接转矩控制系统中，对电机参数的要求简单，只需要知道电动机定子电阻，因此直接转矩控制系统的鲁棒性强，易于移植。
上传时间： 2013-04-24
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直接转矩控制技术(DTC)是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，它采用空间矢量分析的方法，直接在定子坐标系下计算并控制异步电机的转矩和磁链，采用定子磁场定向，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而能够快速而准确地控制异步电动机的转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能。目前在高速离心机行业，普遍采用通用型变频器，其通用性好，但参数较多，价格较贵，为了降低成本增强控制性能，本文利用直接转矩控制技术的优点，采用直接转矩控制策略设计并制作了针对高速离心机的专用变频器。 本文介绍了异步电动机和逆变器的基本数学模型，分析了异步电机直接转矩控制的基本原理，以及直接转矩控制系统的基本组成，对直接转矩控制系统进行了仿真研究，建立了基于MATLAB/Simulink的仿真系统，介绍了仿真模型的各组成部分，包括3/2变换、定子磁链、电机转矩观测模型、转矩调节器、磁链调节器、扇区判断、开关表选择等，给出了系统加减负载和加减转速仿真结果，仿真结果表明了其磁链轨迹近似为圆形，系统具有良好的动态和稳态性能，同时证明了建立的转矩和磁链观测模型以及控制算法的正确性和可行性。根据仿真实现方法以及结果的指导，设计并制作了整个系统的硬件电路，包括主电路(单相整流、滤波、制动电路、启动限流电路、逆变电路)、控制电路(DSP、驱动隔离放大、采样)并对各器件进行选型，给出了硬件各部分电路图；最后介绍了系统的软件流程以及各模块的程序实现，系统的软件部分采用C语言进行编程，实现了定子相电流的采样、定子相电压的计算、定子磁链的计算和开关信号的输出等功能。在分别对硬件和软件各部分进行调试后，进行了系统的联合调试，以TMS320F2808作为控制器，在一台功率为1.5KW的交流异步电机上实现了直接转矩控制。
上传时间： 2013-05-31
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电机是现代工业生产和日常生活最主要的原动力和驱动装置。电机一旦发生故障，会造成不同程度的经济损失和社会影响。因此研究不同场合、不同运行状态下电机故障诊断理论和相关技术具有很高的实用价值。 电机出现故障时，故障信号中往往含有大量的时变、短时突发性质的成分。因此可以通过检测、分析故障信号，获得电机的故障信息。传统的信号分析方法，如傅立叶变换，是一种纯频域分析，缺乏空间局部性，不能满足故障信号分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的时频局部性，能够将信号在任意频段进行划分，从而使在不同频段的各种故障特征信号更加容易被识别和提取。基于小波包分析处理非平稳信号的优越性，本文选用小波包分析对电机故障信号进行分析检测。 本文在研究了异步电机常见故障类型和诊断方法的基础上，详细分析了电机滚动轴承异常、转子断条、气隙偏心等故障原因，采用基于信号分析法中的振动诊断法和定子电流检测法，对电机滚动轴承故障、转子断条故障进行诊断。对于存在已知轴承故障的电机，在故障状态下采集到振动信号，利用峭度值计算和小波包分析相结合的方法，选用db3作为小波基，进行小波包分析，对包含有故障特征频率信息的信号进行重构，获得轴承故障特征频率，根据故障特征频率的数值和能量，确定出轴承故障的类型。应用小波包分析和FFT相结合的方法，选用Coif5为小波包基，检测转子断条故障特征频率。在此基础上，采集故障电机的振动信号和电流信号，并分别应用上述方法进行了仿真模拟实验，结果表明这些方法是准确可行的。 论文以DSP为核心，完成了电机故障诊断系统的硬件电路的设计，包括信号检测电路、调理电路，A/D转换电路等，并给出了主要的软件流程图。
上传时间： 2013-04-24
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绕组励磁同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在工业大功率场合获得了广泛应用，因此研究和开发高性能的绕组励磁同步电机驱动系统具有重大的经济价值和社会效益。目前开发高性能绕组励磁同步电机驱动系统所采用的控制方案主要有两种：一种是直接转矩控制（DTFC）；另一种是磁场定向矢量控制（FOC）。绕组励磁同步电机的矢量控制策略具有控制结构简单，物理概念清晰，电流、转矩波动小，转速响应迅速，易实现数字控制等优点。因此，在交流传动领域中，越来越受到学者的关注。但是，无论在国内还是国外，交直交型绕组励磁同步电机矢量控制系统的研究还缺乏全面深入的理论研究，还没有建造起矢量控制系统的理论体系构架。本文对绕组励磁同步电机矢量控制系统进行了初步的理论探讨，并进行了详细的实践研究，为以后更深入、广泛地研究此系统，打好坚实的基础。本论文主要研究内容如下： @@ 通过广泛的查找文献，对几种常见的同步电机传动系统进行了综述，分析了同步电机变频调速原理，在此基础上，讲述了无传感器技术在同步电机中的应用现状。无传感器技术主要有两大类：基于基波量的检测方法和基于外加信号的激励法。随后，对转子初始位置的估计进行了综述，其方法有：基于电机定子铁芯饱和效应的转子位置估计，高频信号注入法，基于定子绕组感应电压的估计法和基于相电感计算法等。绕组励磁同步电机转子初始位置估计的研究还很少。 @@ 对绕组励磁同步电机矢量控制的理论进行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理论体系构架。 @@ 首先，基于磁势等效原理，将三相静止交流信号等效变换为两相旋转直流信号，将交流电机等效为直流电机进行控制。在Clarke变换和Park变换的基础上，得到凸极同步电机转子磁场定向的电压矩阵方程、功率方程和运动方程。根据上述方程，绘出dq轴的等值电路及矢量图，得到状态空间描述的dq轴数学模型。 @@ 其次，根据模型参考自适应原理，对同步电机转速进行估计。忽略同步电机d轴阻尼绕组的作用，取同步转速为零，得到同步电机αβ静止坐标系下 的数学模型。将不含有转子转速信息的方程作为参考模型，将含有转速参数的方程作为可调模型，根据波波夫超稳定性和正性原理，对转子转速进行估计。@@ 最后，根据模型参考自适应估计的转子转速，设计磁通观测器来估计转子磁通，实现磁通反馈闭环控制。磁通观测器采用降维观测器，仅对转子磁通分量进行重构，并通过极点配置算法，合理配置观测器的极点，使观测器满足系统的性能指标，达到磁通观测的目的。 @@ 新颖的空间矢量脉宽调制算法。从空间矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相对称电压与空间电压矢量之间的关系。由三相电压源型逆变器输出电压波形得到六个有效开关状态矢量，这六个开关矢量和两个零矢量合成一组等幅不同相的电压空间矢量，去逼近圆形旋转磁场。其次，根据空间电压矢量所在的扇区，选择相邻有效开关矢量，在伏秒平衡的法则下，计算各有效开关矢量的作用时间。并且，探讨了扇区判断和扇区过渡问题，定性分析了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的性能。最后，根据每个扇区中开关矢量作用时间，采用软件构造法，在TMS320LF2407A硬件上实现了SVPWM。实验结果表明，该算法简单易实现，能够有效的提高直流母线的电压利用率，具有在低频运行稳定，逆变器输出电流正弦度好等优点。 @@ 空间矢量过调制算法的研究。在上述线性调制的基础上，提出一种基于电压空间矢量的过调制方法。过调制区域根据调制度分成两种不同的模式，分别为模式Ⅰ（0．907
上传时间： 2013-07-25
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直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，它采用空间矢量的分析方法，在定子坐标系下计算并控制转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能。比较于矢量控制，它省去了复杂的矢量变换，克服了对电机转子参数的依赖性，具有转矩响应快的优点。然而，异步电动机的直接转矩控制系统存在转矩、电流和磁链脉动较大，开关频率不恒定的问题。本文在传统直接转矩控制的基础上，针对其存在的缺点提出了基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制策略。 这种新型的直接转矩控制策略使空间矢量脉宽调制技术和直接转矩控制技术相结合。把电动机和PWM逆变器看成一体，使电动机获得赋值恒定的近似理想的圆形磁场，解决其转矩、电流、磁链脉动大，开关频率不恒定的问题。在论文撰写的过程中做了如下工作： 根据电机原理和坐标变换理论，建立定子正交α—β两相静止坐标系下的异步电动机的数学模型，包括电机的磁链模型、转矩模型和运动方程。 设计PI控制器，该控制器把转矩和磁链误差信号转换成参考电压，然后通过坐标变换把参考电压变换成SVPWM模块所需的指令电压，对SVPWM模块进行控制。 设计SVPWM控制模块，其中设计了期望电压空间矢量的合成方法，矢量区段的判断，计算了开关器件的导通时间和时刻。 通过理论分析和设计各个模块，组成了控制系统逆变器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通过设置合理的仿真参数、电机参数、给定量参数以及PI控制器的控制参数对系统进行仿真研究，从而在理论上验证系统设计的正确性。 仿真实验结果证明了这种基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制方法可以有效改善直接转矩控制系统的性能。减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动，并使逆变器工作在恒定的开关频率。最后总结论文所做的研究工作，并展望了今后的研究重点和方向。
上传时间： 2013-04-24
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传统开环运行的三相混合式步进电动机驱动系统中存在着振荡和失步等不足之处。本文针对这种情况，通过对理想化三相混合式步进电动机数学模型的分析，把三相混合式步进电动机视为一种低速同步电动机。同时，结合电流跟踪型PWM控制方式及恒流斩波驱动的工作原理，设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的全数字三相混合式步进电动机正弦波细分驱动系统。 首先，本文从三相混合式步进电动机的数学模型出发，对步进电动机的细分驱动方式进行了研究，分析了步进电动机连续均匀旋转的工作机理。然后分析了步进电动机的运行特性及细分控制的必要性，进而分析了细分驱动对改善步进电动机运行性能的作用，并针对细分运行的一些不足之处，提出了均匀细分恒转矩控制的方案。理论分析表明，在混合式步进电动机的三相定子绕组中通以互差120°的正弦波电流时，可得到类似同步机的转矩特性，使电动机均匀旋转。 本系统硬件电路以TMS320F2812为核心，采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制（PWM）技术实现三相混合式步进电动机的细分控制，使三相定子绕组电流严格跟踪电流给定信号变化。应用IR公司的IR2130集成驱动芯片进行了步进电动机驱动系统的功率驱动环节的设计，节省了板上空间，减小了装置体积。同时从装置可靠性出发，设计了一套安全可靠的硬件保护电路。 实验结果表明，本文所设计的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动器具有优良的控制性能。细分运行时减弱了混合式步进电动机的低速振动和噪声，使电动机运行平稳，并改善了其低频运行性能。
上传时间： 2013-06-27
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