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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该文主要研究了以TI公司的16位定点TMS320F240型DSP为控制核心的全数字交流变频调速系统硬件、软件的设计理论和设计方法.该系统主要由主电路、系统保护电路、控制回路和采样回路组成.主电路部分包括整流、滤波、逆变器(IPM)、IPM驱动电路等;系统保护电路包括过压欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等;控制回路包括DSP最小系统电路、与PC机通讯接口电路、仿真接口电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等;采样电路包括电流采样、电压采样、转速采样.在软件方面,考虑到SVPWM相对于SPWM具有较高的直流电压利用率,以及更适合于数字控制系统,该文在研究SVPWM控制原理的基础上,编制了基于SVPWM的开环控制程序.该文最后给出了试验结果,开环运行试验结果表明,该系统可以在0-50Hz范围内平滑调速,在10Hz以上具有较强的带负载能力,以及抗干扰能力.
上传时间： 2013-05-21
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直流电动机具有运动效率高和调速性能好等诸多优点,但传统的直流电动机均采用电刷,以机械方法进行换向,因而存在致命弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而限制了它的应用范围.近年来随着永磁材料、现代电力电子技术、计算机技术和现代控制理论的迅猛发展而成熟起来的永磁无刷直流电动机(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有体积小、重量轻、效率高、噪音低且可靠性高的特点,因而得到了广泛的应用.该文研究的对象是由两套三相无刷直流电动机组成的六相无刷直流电动机,每套绕组三相对称,两套绕组对应相之间相差30°电角度.重点研究六相无刷直流电机的转矩特性和系统的可靠性.在分析无刷直流电动机电磁转矩产生原理的基础上,阐述了三相无刷直流电动机转矩脉动的原因,在此基础上提出六相无刷直流电动机.分析结果表明,六相无刷直流电动机的转矩特性优于三相无刷直流电机,并且系统的可靠性也较高.该文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析,建立了三相和六相无刷直流电动机的数学模型.并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相和六相无刷直流电动机的系统仿真模型.该系统仿真模型采用双闭环控制,内环为电流环(采用滞环调节),外环为速度环(采用PI调节).对所得的仿真结果进行分析,表明与理论分析相吻合,证明了六相无刷直流电动机仿真模型的正确性.对两套绕组可能出现的故障进行仿真分析,结果表明六相无刷直流电动机具有较强的容错能力.由此得出结论,该文提出的六相无刷直流电动机方案是可行的.由于绕组在电机的结构中占有相当重要的位置,该文利用槽号相位表,设计了三相和六相无刷直流电动机的绕组.对槽号的分配,线圈的连接作了详细地说明.该文还对三相和六相无刷直流电动机定子绕组的磁势进行了谐波分析,分析结果表明了六相无刷直流电动机定子绕组的磁势高次谐波含量要少于三相无刷直流电动机.
上传时间： 2013-07-13
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永磁无刷直流电动机是一种先进的集电力电子变换器与永磁电机本体于一体的机电一体化系统,它既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的一系列优点,又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的诸多特点.正是由于这些原因,自上世纪末起,逐渐形成永磁无刷直流电机的研究热潮.在此背景下,本文以此为课题,对永磁无刷直流电机系统进行了一些理论分析和实践应用.本文首先在综合国内外有关文献的基础上,分析了永磁无刷直流电机的发展历程、现状和趋势,提出了目前存在的一些问题.介绍了永磁无刷直流电机的结构和运行原理,推导出永磁无刷直流电机的数学模型.针对永磁无刷直流电机的转矩脉动,本文详细分析了各种调制斩波方式对注入电机电流以及转矩脉动的影响,比较分析各种斩波方式下系统运行情况,提出一种有利于减少转矩波动的斩波方式.同时,本文还提出了一种回馈制动的方式,进一步提升系统性能,节约能源.在大型永磁电机磁极设计中,通常采用多块磁钢来组成励磁磁极.考虑到磁钢本体的分散性和加工误差,本文从工程实际应用出发,提出了一种磁钢优化配置方法,保证每个磁极中各段磁钢产生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,从电机本体设计角度上提高系统性能.本文在理论分析基础上,以单片机和功率智能模块为硬件平台,实现了一套多相永磁无刷直流电机系统.针对理论分析,进行了各种方案的比较分析,经过试验结果和仿真分析结果,进一步支持了论证了理论分析正确性和实用性.同时,对于实际应用中的一些问题,本文也做了一些工作,提出一些分析和改进.
上传时间： 2013-08-04
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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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永磁无刷直流电动机利用转子上的永磁体激磁，采用电子换相取代机械换相，结构简单、体积小、效率高，在许多领域得到了广泛应用。但是，由于永磁无刷直流电动机本身存在较大的转矩脉动，从而使电机运行性能存在缺陷，限制了它在精密传动系统中的应用。本文在开发完成永磁无刷直流电动机控制系统的基础上，针对如何减小和抑制自控式永磁电动机转矩脉动这一问题，提出了一种混合控制策略：利用原有的六个离散位置信号，在三三导通控制策略的基础上，融入矢量控制策略，使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势尽量保持在90°左右，来实现近似正弦波电流驱动，可以在不增加系统成本的基础上，较好地抑制电磁转矩脉动，并通过实验验证其正确性，其主要内容如下： 第二章主要阐述了永磁无刷直流电动机的运行原理，给出了电机的数学模型，在此基础上，利用Matlab/Simulink软件建立了电机及控制系统的仿真模型，并给出了仿真和实验波形。 第三章介绍基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流无刷电机控制器的设计，并对系统主电路、驱动模块、电流检测、过压保护等电路作了详细的介绍，对设计中容易出现的问题进行分析，搭建了整个系统的硬件平台。 第四章介绍了常规的矢量控制技术，提出了一种混合控制策略的新方法：利用霍尔位置传感器的六个位置信号，使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势尽量保持在90°左右，从而达到控制器简单、转矩脉动降低的目的。并分析了这种控制策略在匀速、加减速情况下的运行性能。 第五章在前几章分析的基础上，完整给出了混合控制策略的软件编程方法，并按照模块化的思想，把软件分成多个独立模块，并重点介绍了系统启动、转速计算、转子位置计算、sinθ和cosθ的计算、PWM输出等几个部分，并给出实验波形验证其可行性。
上传时间： 2013-05-30
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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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随着采煤自动化技术的发展，对煤矿井下供电系统可靠性、安全性和连续性的要求越来越高的要求，因此对矿用隔爆型高压开关智能综合保护系统的研究具有重要的理论和应用价值。随着微机保护的发展，一些新的保护原理和方案，受到越来越多的关注，并逐步得到实际应用。然而这些新方法在改善保护性能的同时也对微机保护装置的计算精度、速度和寻址空间等提出了更高的要求，因而也对构成微机保护装置的硬件平台提出了更高的要求。针对以上问题本文提出了一种新的微机保护设计方案，设计了一种基于DSP 和单片机双CPU 结构的微机保护系统，并应用于高压开关装置当中DSP 作为主CPU 芯片主要完成数据采集、数据处理和保护等功能，8051 作为从CPU 主要完成键盘处理、液晶显示处理和通讯等人机对话功能。此双核结构具有并行工作，分工明确的优点，既保证了继电保护的速动性，选择性、灵敏性和可靠性，又实现了实施测量的高精度。 本文首先根据矿井高压电网的实际情况，从理论上分析了矿井高压电网常见故障的电气特征，并参照相关标准制定了相应的保护原理和动作指标，尤其是针对矿井供电系统中普遍采用中性点不接地的情况，采用了“基于零序功率方向型”的选择性漏电保护原理。然后分析了交流采样、直流采样方法的优缺点，确定了高压防爆开关保护系统的采样方式。 保护系统的硬件是实现保护原理的平台，其稳定性和可靠性直接影响到保护功能的实现。本微机保护系统是基于DSP 和单片机的双CPU 微机线路综合保护测控装置，DSP 的采用大大提高了保护装置的数据处理速度，双CPU 结构大大提高了装置的可靠性。另外，该装置不仅可以完成继电保护功能，而且紧随当前电力系统自动化发展的需要，还可以完成测量、控制、数据通讯的功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通讯一体化。
上传时间： 2013-05-17
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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
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自上世纪初以来，电力发电、输配电系统都是三相系统。因此，大多数电机调速系统都是由三相电机与三相变频器构成的。但是目前三相电机的地位已经受到一定的挑战，一是在低压大功率的传动场合，二是在对系统可靠性要求很高的场合。而多相电机调速系统除了可以用低压功率器件实现大功率等级外，具有多相冗余结构使调速系统的可靠性得以改善。因此，多相电机调速系统的研究受到日益广泛的关注。 和常规的三相感应电机相比多相感应电机有着许多优点，例如多相感应电机在一相或多相定子绕组开路和短路时仍然可以起动或继续运行，转矩脉动小，转子损耗小，运行性能好，可以在不提高相电压的情况下增加电机的容量，比较适合应用于舰艇推进系统等方面。 本文在传统的三相电机调速系统的基础上，致力于研究多相电机调速系统，以多相感应电机为主要研究对象，进行了深入的研究，主要包括以下几个方面： 1、对多相电机调速系统作了较为全面的综述，介绍了多相电机调速系统的特点和国内外研究现状。 2、研究了多相感应电机的基本结构。从电机的绕组连接方式入手，对多相感应电机进行了谐波分析，从理论上证明了多相电机相对于三相电机在减小谐波含量方面的优越性，同时探讨了多相感应电机的数学模型。 3、在三相感应电机电磁设计程序的基础上整理推导了多相感应电机的电磁设计程序，并用Visual C＋＋编程语言开发了多相感应电机的电磁设计软件。 4、对多相感应电机的电磁场进行了详细的分析，运用电磁场有限元分析软件Maxwell 2D对本论文中的样机的瞬态磁场进行分析，分析结果同用VC所编写的电磁设计程序的计算结果进行比较，验证了所设计样机数据的合理性。
上传时间： 2013-07-30
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