随着大功率开关器件、集成电路及高性能的磁性材料的进步，采用电子换相原理工作的无刷直流电机得到了长足的发展。无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，在当今国民经济各个领域的应用同益普及。 普通无刷直流电机存在着转子位置传感器，当电机尺寸较小时转子位置传感器难于安装并且维修困难，另外传统的霍尔元件温度特性不好，导致系统可靠性变差，所以在一些小型，轻载启动条件下，无位置传感器无刷直流电机就成为理想选择，并具有广阔的发展前景。 同时随着微处理器技术的发展，微处理器越来越多的用在控制系统中。许多复杂但有效的算法越来越多的用于电机控制当中。但是在无位置传感器无刷直流电机，应用时往往需要精确的速度控制，尤其在高速运行场合，对信号反馈控制灵敏度的要求更为严格，并且算法也比较复杂。传统的微处理器如 5l、96系列在实现对其的控制时，由于本身指令功能不强，乘除法所用周期过多，外围电路数据转换速度慢，资源相对较少，使其不能很好的完成对无位置传感器无刷直流电机的控制。美国TI公司专门为电机的数字化控制设计的16位定点DSP控制器 TMS320X240集DSP的信号高速处理能力及适用于电机控制的优化的外围电路于一体，可以为高性能，复杂传动控制提供可靠高效的信号处理与控制硬件。本论文所研究的无位置传感器无刷直流电机DSP控制系统即为满足这一需要而设计的。 本论文首先对无刷直流电动机及其无位置传感器控制的基本原理以及DSP芯片 TMS320F240进行了必要的介绍，并且对基于反电势检测法的DSP实现作了详细的分析，包括对反电势检测及其相位实时修正方法，电机换流的实现，速度、电流双闭环控制算法，电机的启动分析，正反转控制，速度的调节，制动、保护等都做了——详细论述。本论文还对控制系统的控制及功率部分硬件作了详细的分析。最后本论文对软件的具体实现作了具体的阐述。 根据本论文所述的设计方案设计的无刷电机无位置传感器DSP控制系统，可以获得良好的速度控制性能。而且，DSP技术不仅使系统获得了高精度，高可靠性，还简化了系统结构，增加了系统的可靠性。具有控制灵活，智能水平高，参数易改等优点。
上传时间： 2013-05-28
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目前,在电压互感器设计中,虽有人进行过可靠性设计利优化设计方面的研究,但采用的方法仍为传统方法.本文采用现代设计方法,它将有限元分析、可靠性设计技术利优化设计技术有机的结合起来,因此采用现代设计方法得到的方案比利用传统设计方法设计出的方案更加经济合理.首先,本文简单介绍了电压互感器的原理,描述了电压互感器的分类、基本参数和误差分析.第二,本文研究了电磁场有限元分析原理,介绍了麦克斯韦方程和电磁场微分方程.本文采用大型通用有限元分析软件ANSYS对电压互感器进行二维电磁场有限元分析,对电压互感器建立了有限元数学模型和网格剖分,对有限元模型加载了边界条件并进行了求解.研究了二维磁场分析单元PLANE53单元利电路模拟单元CIRCU124单元的特点及使用方法.第三,对电压互感器的瓷套部分进行了可靠性设计.瓷套所受的弯曲负荷应力很多,主要包括:风力负荷产生的弯曲应力,地震负荷产生的弯曲应力,产品运输中倾斜产生的弯曲应力.本文研究了瓷套的应力分布的确定方法,将多种应力叠加在一起,推出了应力分布参数的计算公式.瓷套的应力、强度利各设计变量均可认为服从正态分布,在设计时作为正态分布变量处理.本文应用应力-强度干涉理论,对电压互感器瓷套的可靠性设计方法进行了研究.第四,研究了ANSYS软件的优化设计模块,研究了采用ANSYS软件进行优化设计的步骤和优化工具及方法.利用ANSYS软件的参数化设计语言与其OPT模块,实现了有限元数值计算与优化设计的有机结合.并以额定一次电压35KV,额定二次电压100V,额定频率50HZ的电压互感器为例,进行了有限元分析计算利优化设计.根据电压互感器产品设计的实际情况,确定设计变量为绕组导线规格和铁心结构尺寸.优化循环结束以后,可以选择列出所有参数的数值,也可以只列出优化变量,可以用图显示指定的参数随序列号的变化情况,通过多方案的比较,得到最优方案.将现代设计方法应用于生产厂家,可节省研究开支,大大缩短开发周期,减少计算误差,减少试验费用,降低成本,提高产品的可靠性,因此本项目的研究具有良好的经济效益和社会效益.
上传时间： 2013-06-10
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本文在分析干式电力变压器绝缘结构和电场分布特点的基础上，建立了四种电场分析模型：二维和三维高压绕组电场分析模型、二维和三维端部电场分析模型。以SG10型H级绝缘空气自冷干式变压器为具体分析对象，采用ANSYS有限元分析软件对四个电场模型进行了有限元建模，并完成了有限元分析，得出相应的干式电力变压器绝缘的电场强度和分布分析结果。 在深入理解ANSYS有限元分析软件接口的基础上，编写了以APDL参数化语言为基础的命令流程序，并采用C++Builder6.0软件编写了实现模型修改和结果显示的程序，完成了干式电力变压器电场有限元分析系统的开发。应用该软件，用户可以对四个模型的绝缘结构尺寸、介电常数等参数直接进行修改，在调用ANSYS软件进行有限元分析后，可以得到非常直观的相应干式电力变压器绝缘的电场强度和分布结果，包括显示电场的最大电场强度值及其位置，以及用图像方式显示模型的电场强度矢量图利分布云图。本文工作对于研究干式电力变压器的电场分布以及绝缘合理设计具有工程意义。
上传时间： 2013-06-26
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舰船、飞机、移动通讯、石油钻井平台等独立系统中有许多交直流电力并存的场合，需要实现发供电系统的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品质。常规的电励磁发电机因为带有电刷使供电系统的运行安全存在隐患，并且励磁机的使用增加了电机的体积和损耗。为使系统节能高效，本文设计并制作了应用于独立交直流电力系统的交直流永磁同步发电机。永磁电机定子上带有三套三相绕组，一套绕组用于提供交流电力，其余的两套绕组相位互差30度电角度，接整流器为直流负载供电。文中对电机的设计以及电机的基本性能进行探讨。为了减小永磁发电机的电压调整率，在电机的交轴与电机的永磁磁极尾部之间加一软磁材料，通过增加电机负载时的交轴电抗压降，来改善电机的电压调整率。 首先，针对永磁电机设计的特殊性，应用二维有限元法计算电机的电磁场以确定电机的主要尺寸，并讨论了不同软磁材料尺寸对电机的影响。文中还根据电磁场的计算结果，应用傅立叶级数计算了电机的空载感应电动势以用于预测电机的性能，使用能量摄动法计算了计及饱和、槽影响下的电机电感参数。考虑到永磁材料的温度性能问题，应用电磁场和温度场耦合的方式计算了电机稳态时的温度场。 然后，为了了解永磁同步发电机的主要电磁关系，研究了电机的数学模型，推导了考虑漏磁时具有三套互差一定电角度三相绕组的永磁发电机在dq0坐标系下的方程，可以看到，在dq0坐标系下电机的电感参数为常数。这样，利用这个特性，在对电机运行性能进行研究时，可以得到简化电磁方程。根据电机稳态运行时的方程，得到了电机的向量图。 因为带有多套绕组的永磁电机中含有较多的谐波，而采用dq0坐标系下的方程会忽略掉气隙磁场中的谐波分量，为了对电机的仿真更加精确，电机仿真时采用电机在ABC坐标系下的基本电磁方程。应用Matlab/SimPowerSystems中的模块搭建电机的仿真模型，永磁体的影响用感应电动势来表示。根据仿真结果与样机试验结果的比较发现，两者吻合良好。 另外，本文还设计了一台电励磁的交直流发电机，电磁设计结果表明，永磁电机在体积、重量、效率方面都很有优势。
上传时间： 2013-04-24
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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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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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近年来，人们对环境保护越来越重视，SF<,6>气体的使用和排放受到限制，从而使电器领域内SF<,6>断路器的发展也受到限制。而真空断路器充分利用了真空优异的绝缘与熄弧特性，且对环境不造成污染，所以目前在中压领域已经占据了主导地位，而且不断向高电压、大容量方向发展。因此，未来高压真空断路器必然取代高压SF<,6>断路器。真空灭弧室是真空断路器的“心脏”，所以，开发高压真空断路器最关键的是灭弧室的设计。本文对110kV的真空灭弧室的内部电磁场进行了仿真分析，为我国开发110kV真空断路器提供一定的参考。 本文采用有限元软件对110kV真空断路器灭弧室内部静电场进行了仿真分析，得到了灭弧室内部各种屏蔽罩的大小、尺寸和位置对电场分布的影响；触头距离对灭弧室内部电场分布的影响；伞裙对灭弧室内部电场分布的影响。再根据等离子体和金属蒸气具有一定导电率的特点，从麦克斯韦基本方程出发，推导了灭弧室内部电场所满足的计算方程，然后用有限元法对二维电场进行了求解。考虑到弧后粒子消散过程中，电极和悬浮导体表面会有带电微粒的存在，又计算分析了带电微粒对真空灭弧室电场分布的影响，进而提出了使灭弧室内部电场更加均匀的措施。 根据大电流真空电弧的物理模型，基于磁场对电流的作用力理论，计算分析了真空电弧自生磁场的收缩效应以及对分断电弧的影响，得到了弧柱中自生磁场产生的电磁压强分布，最后分析了外加纵向磁场分量对减小自生磁场收缩效应的作用。 建立了110kV、1/2线圈以及1/3线圈纵向磁场触头三维电极模型，并利用有限元法进行了三维静磁场和涡流场仿真。得到了电流在峰值和过零时纵向磁场分别在触头片表面和触头间隙中心平面上的二维和三维分布，给出了这两种触头在电流过零时纵向磁场滞后时间沿径向路径和轴向路径的分布规律，最后还对这两种触头的性能进行了比较。
上传时间： 2013-07-09
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高中压断路器是电力系统中最重要的开关设备，用高中压断路器保护电力系统至今已经历了一段漫长历史。从最初的油断路器发展到压缩空气断路器，再到目前作为无油化开关的真空断路器和SF6断路器。其中真空断路器以其小型化和高可靠性等优点，已在高中压领域得到愈来愈广泛的应用。作为真空断路器的核心部件，真空灭弧室的研究和开发显得尤为重要。 真空灭弧室的小型化是国外关注的问题，我国很多相关的研究所和高等院校都曾作过不少研制工作，研究的方向是采用各种纵向磁场结构电极的真空灭弧室和寻求新的触头材料。由于纵向磁场结构的电极开断能力强，在额定短路开断电流、设计裕度和工艺水平相同的情况下，纵向磁场的电极比横向磁场的电极小得多。因此，采用纵向磁场结构电极的真空灭弧室可以缩小整体尺寸。 本设计从真空灭弧室的具体模型出发，应用ANSYS8.1的电磁场分析软件，对600A的真空灭弧室触头间的纵磁场进行计算与分析，可得到接近实际的动、静触头电流流向矢量分布图，线圈磁感应强度与线圈几何尺寸的关系，触头开距对磁场分布的影响及电弧在不同位置时的受力分析等。由不同线圈截面积与纵磁磁场强度的关系分布，可得出在分断电流不变的情况下，线圈愈小磁场强度愈强。由触头开距与磁场强度的关系，可见触头间距越小，两触头间越能获得较大的磁感应强度。对真空灭弧室极问磁场分布以及电弧在触头上不同位置受力进行分析，结果表明随着磁感应强度变小，电弧受力也相对的变小。 通过ANSYS仿真分析，为真空断路器灭弧室的设计提供了比较准确的数据资料。进而使产品的设计、开发建立在较为科学的基础上，为产品实际研制提供理论依据。
上传时间： 2013-06-20
上传用户：dba1592201
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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