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
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本文利用Maxwell 3D软件对交流接触器的电磁机构的静态、动态特性进行分析与仿真。Maxwell 3D是美国的Ansoft公司开发的专门用于三维电磁场仿真的软件。本文主要以CJ20-25交流接触器的电磁机构为例，对不同激励下交流接触器电磁机构的静态特性进行分析；编写电磁机构动态仿真程序，对其进行动态仿真，并进一步分析其动态特性；同时对电磁机构的设计参数对交流接触器特性的影响进行了分析。主要为以下几个方面: 首先，利用Maxwell 3D软件建立交流接触器电磁机构的三维有限元模型，对模型进行有限元分析，计算不同电流和气隙下的静态吸力，仿真电磁机构的静态特性。绘制出交流接触器的静态电磁场分布及吸力特性。 其次，用Visual C++编程语言编制程序，仿真交流接触器电磁机构运动过程。 再次，对交流接触器电磁机构进行瞬态分析。得出CJ20-25型交流接触器动态电流、吸力特性，并对动铁心末速度、静铁心迎击距离、动态吸力与反力特性的匹配、总动能和碰撞损失能量与合闸相角的关系特性进行了具体分析。同时，将迎击式与非迎击的两种类型的交流接触器的动态特性作了比较。 最后，利用Maxwell 3D软件分析接触器各个设计参数对交流接触器电磁机构静态吸力、动态特性的影响。 经过以上各方面的分析可知：采用Maxwell 3D软件的强大的电磁场有限元分析功能进行电磁机构的静态及动态特性的分析与仿真，模拟真实的工作环境，可以在样机制作前，精确掌握电器产品的性能，减少样机制作，降低试验费用，加快产品开发周期，提高产品性能指标，具有实际意义。
上传时间： 2013-07-15
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本文针对电力变压器的电磁设计过程、优化方法、优化系统的体系结构，以及优化设计系统开发中采用的技术和处理方法展开了深入的讨论和研究，开发了一套干式变压器电磁计算优化设计系统。论文工作主要包括以下几方面的内容： (1)综述了电力变压器的结构特征和传统电磁设计的流程，分析了变压器电磁设计中的设计流程、设计目标、方案组合等重点问题，研究了变压器的评价准则的选择和计算。同时对变压器电磁设计计算的细节做了深入分析，理清了变压器设计中各个步骤、各个部件之间的相互关系，成功地将变压器计算中的一些核心的计算过程程序化。 (2)深入研究和分析了目前变压器优化设计的研究和实践中所采用的优化方法，包括比较成熟的循环遍历法和其他还处于研究阶段或还有缺陷的方法，对这些算法的原理、应用情况、优缺点进行了比较和总结。 (3)将ODBC(开放数据库互连)和OLE(对象链接和嵌入)自动化技术引入电力变压器的电磁优化设计系统中，一改以往的设计软件封闭的弊病，具有出色的可扩展性，充分利用了现代操作系统环境的先进功能。以oLE自动化技术为基础的计算单自动生成技术，使变压器设计软件能够在更大程度上协助设计人员的工作，将设计人员从简单劳动中解脱出来，使设计软件能够真正成为全面的变压器优化设计软件。 (4)将各种型式的敞开式和环氧浇注干式变压器电磁计算优化设计整合到同一系统中，方便了用户不同的设计要求，同时根据专家理论设计了众多人工干预设计的环节，令本软件更具有系统性、实用性、开放性和个性。 (5)对当前热门的非晶合金变压器进行了简要介绍，并指出非晶合金变压器的优缺点，分析了其即将全面使用的趋势。同时对非晶合金干式变压器的优化设计进行了研究和探讨，给下一步的工作指明了方向。
上传时间： 2013-05-28
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文中设计完成了以数字信号处理器DSP为控制核心，以智能控制功率模块IPM为驱动，以无刷直流电机作为伺服电机的一套高性能的电梯门机交流伺服系统。 论文阐述了设计的目的，给出了电机的选择，介绍了无刷直流电机的优点；说明了门机运行曲线的形成及加减速运行时按S曲线方式运行的优点，并给出了加减速运行时S曲线的具体形成方法；针对门机控制系统的控制策略进行了详细的研究，将自适应控制理论引入了电梯的门机控制系统中，并针对模型参考自适应控制的方法进行了分析，该方法的实施使系统的性能得到了提高。 系统采用TMS320LF2407A作为电梯的门机控制系统的核心控制器，对TMS320LF2407A作了详细的介绍。文中对系统采用了全数字化设计，完成了总体硬件电路的设计，主要包括计算控制电路、信号采集电路、键盘输入及显示电路、驱动及保护电路等，并对每一部分电路的设计进行了具体的说明；驱动电路选用了智能控制功率模块IPM，并针对所选模块进行了说明。 在系统软件设计中，采用对曲线进行离散的方式，给出了门机运行的参考模型，并根据采集的信号与参考模型进行对比，求出加/减速运行时S曲线实现的补偿算法；并针对运行参数变化的影响，提出了对门机系统进行自适应控制的方法，给出了系统软件的流程。 通过对系统的硬件及软件的设计，实现了对电梯门机系统安全、可靠、平稳控制的目的。
上传时间： 2013-06-22
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无刷直流电机(BLDCM)是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它是在有刷直流电机的基础上发展起来的。无刷直流电机具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，在很多场合有广泛的应用前景，成为了国内外研究的热点。无刷直流电机传统的理论部分分析和设计方法已经比较成熟，因此对无刷直流电机控制策略的研究就显得十分重要。 PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛应用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制性能优良。但在工业上有许多无法建立精确数学模型的复杂控制对象和非线性控制对象，若采用传统的PID进行控制的话，那么很难获得比较理想的控制效果。 对于无刷直流电机而言，它是一个多变量、强耦合的非线性系统，固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。基于以上原因，本文以无刷直流电机为控制对象，通过分析无刷直流电机的数学模型，以BP神经网络为基础，设计了应用于无刷直流电机的神经网络PID控制器。 在MATLAB平台上，先利用神经网络PID控制器，给出相应的控制算法，对典型的参数时变非线性系统的控制进行了仿真研究。仿真结果表明，同传统PID控制器相比，神经网络PID控制器对模型、环境具有较好的适应能力与较强的鲁棒性，有效的改善了系统的控制结果，达到了预期的目的。随后利用SIMULNK建立了无刷直流电机控制系统的仿真模型。分别采用普通PID控制器和神经网络PID控制器对电机的不同运行状况进行了仿真分析。仿真结果验证了所建模型的正确性，并证明了神经网络控制的优越性。
上传时间： 2013-08-04
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为设计高性能、低损耗的电机，需要准确地分析电机铁耗。本文从铁磁材料的磁化特点出发，以分离铁耗模型为基础，对交变磁化以及旋转磁化条件下铁磁材料和电机的铁耗进行分析和计算，分别从理论和实践角度着重就电机铁耗计算和测量中的一些相关问题作了深入研究。 按照分离铁耗模型，铁心损耗可以分成磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗。本文首先从交流磁滞回线的产生机理出发，在Preisach静态磁滞模型的基础上，利用极限磁滞回线的对称性，采用人工神经网络技术，建立了Preisach人工神经网络磁滞仿真模型，实现了对铁磁材料交流磁滞回线的理论计算，为磁滞损耗的理论分析和计算奠定了基础；为对交流磁滞回线进行实测，本文给出了一种采用爱泼斯坦方圈测量铁磁材料交流磁滞回线与磁滞损耗的新方法，该方法克服了环形样片测量法的不足，操作简单，且测量精度高，具有较好的实用价值。利用该方法得到的实验数据很好地验证了理论计算结果。 对涡流损耗以及异常损耗的计算模型，本文系统地给出了其推导过程，对模型中的参数进一步加以明确，并对模型的特点进行了分析。铁磁材料异常损耗计算模型是基于统计学原理推导而来的，模型中参数的确定涉及到铁磁材料的微观特性，本文给出了通过实验确定其参数的具体方法；考虑到工程中异常损耗计算模型是其理论模型的简化形式，文中对两者的差别进行了分析。 在分析电机铁耗时，既要考虑铁心材料本身的损耗特性，也要考虑电机供电方式以及铁心中磁场变化等因素对铁耗的影响。在对铁磁材料损耗特性分析的基础上，本文考虑到局部磁滞回环对电机铁耗的影响，推导了计及局部磁滞作用的电机铁耗模型，并从理论上对C.P.Steinmetz的磁滞损耗经验公式进行了验证，从而明确了公式中经验系数的物理意义；同时通过实验研究，分析了磁化频率对磁滞损耗系数的影响，提出了在磁化频率较高时分段确定磁滞损耗系数的方法；考虑到现代电机控制策略以及供电方式的多样性，本文对正弦波、方波以及三角波电压供电时铁心材料的交变铁耗模型分别进行了推导，给出了其解析表达式，并通过实测证明了模型的有效性；对SPWM这类应用较为广泛的非正弦供电方式，推导了电机交变损耗的一般计算模型，分析了SPWM变频器供电时电机铁耗与变频器参数的关系，给出了其关系的数量表达式; 同时采用改进的爱泼斯坦方圈试验平台对非正弦供电条件下的铁磁材料损耗和电机铁耗进行了实验研究。 考虑到电机铁心制造过程中冲压对铁心材料特性的影响，本文提出了一套简便的对铁磁材料进行冲压影响研究的实验方法，利用该方法，有效地对材料的冲压影响特性进行了分析。在实验研究的基础上，本文推导了考虑冲压影响时的铁磁材料损耗的修正系数，从而在传统交变铁耗分离模型的基础上，建立了计及冲压影响的电机铁耗计算模型。对模型中引入的冲压影响修正系数，给出了详细的推导过程和明确的计算方法，从而使传统的经验修正方法得到改善。 在旋转电机中，除交变磁化外，同时还存在大量的旋转磁化。本文对旋转磁化的物理机理进行了初步探讨，分析了旋转磁化条件下的损耗特点，系统介绍了当前铁磁材料旋转磁化性能以及旋转磁化损耗实验测量和理论计算的方法和手段。 在以上铁耗理论的基础上，充分考虑铁心的非线性及磁滞特性，本文建立了一般条件下的铁心动态电路模型，并将该模型应用于异步电动机铁心等效电路中，推导了异步电动机动态铁耗的分离等效电阻。以一台三相异步电动机为样机，采用以上铁耗的动态分离等效电阻，有效地对电机铁耗进行了分离，从而为深入研究电机的动态铁耗特性提供了便利。 论文最后以一台永磁无刷直流电机为例，对电机的运行特性以及铁心损耗进行了分析计算。分析中应用场路结合法，建立了永磁无刷电机换流等效电路模型，采用镜像法建立了深槽无刷电机电枢反应分析模型；在电机铁耗分析中，推导了考虑旋转磁化的电机铁耗工程计算模型，对样机铁耗进行了理论计算，并通过构建实验平台，对旋转磁化条件下的样机空载铁耗进行了测量，最终理论值与实测值吻合良好，证明了上述方法的有效性。
上传时间： 2013-07-02
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超声波电机(Ultrasonic Motor简称USM)是八十年代发展起来的新型微电机。本文针对超声波电机及其控制技术的研究现状和发展趋势,以我国研究技术相对比较成熟并有产业化前景的行波超声波电机(Traveling-wave Ultrasonic Motor简称TUSM)的伺服控制技术为研究对象,以直径60mm的行波超声波电机TUSM60为研究实例,在特性测试、动稳态性能分析,辨识模型建立、控制策略与控制算法的选择与实现等方面展开研究。本论具体的研究内容为： 在分析超声波电机研究历史和现状的基础上,结合国内外超声波电机特别是行波超声波电机控制技术的发展趋势,重点论述了行波超声波电机及其驱动控制技术的研究进展。 介绍行波超声波电机的基本结构,并从该电机的主要理论基础--压电原理、行波合成、接触模型出发,分析了行波超声波电机定子质点的运动方程.并结合定转子摩擦接触特点,分析了行波超声波电机的运行机理。 根据对行波超声波电机测试和高精度控制的要求,研制出基于双DSP和FPGA的超声波电机高性能测试控制平台。其中控制核心采用了双DSP结构,可以在对行波超声波电机进行控制的同时,将必要的参数读取出来进行分析和研究。为行波超声波电机瞬态特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基础。 对电机的瞬态、稳态特性进行的测试,可以分析驱动频率、电压以及相位差等调节量对电机输出的影响。在此基础上进一步对行波超声波电机的调节方式、控制算法选择方面进行分析,并得到相应结论。 通过对实验数据的总结和归纳,利用系统辨识中的非参数方法,建立在特定频率条件下的近似线性模型。在行波超声波电机工作范围内,辨识若干组不同频率条件下的近似线性模型,将这些模型的参数进行二维或三维拟合,可以得到一个关于行波超声波电机传递函数的模型。辨识模型的建立为合理的选择和优化控制参数,控制效果的验证等提供了行之有效的手段。 在对行波超声波电机的速度控制、位置控制展开的研究中.首先利用遗传算法对常规PI恒转速控制的控制参数整定及修正方法进行了研究；利用神经元的在线自学习能力,研究和设计单神经元PID-PI转速控制器,提高控制系统对电机非线性和时变性的适应能力；为了消除在伺服控制中,单一调节量(驱动频率)情况下,低转速的跳跃问题,研究和讨论了多调节量分段控制方法,并利用模糊控制对控制方法的有效性进行了验证；在位置控制中,利用转速控制研究的结果,研究和设计了位置--速度双环(串级)控制器,实现了电机高精度位置伺服控制。 通过对已有控制系统的改进和简化,设计和研制了具有实用化价值行波超声波电机控制器：并将研究成果应用于针对核磁成像设备而设计的行波超声波电机随动控制系统中,同时尝试了将该控制器用于高精度X-Y两维定位平台。
上传时间： 2013-07-13
上传用户：mpquest
励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，它的特性好坏直接影响电机及电力系统运行的可靠性和稳定性。 基于此，利用仿真的方式对励磁控制系统进行了研究并给出了相关结论，同时提出了一些新的控制算法，并建立了一个励磁控制系统仿真平台。 首先，从同步电机和励磁系统的模型入手，根据研究需要修改了同步电机的仿真模型，详细地介绍了检测单元、控制单元和励磁系统主回路模型，在总结普通PID调节方式不足的基础上提出了一种性能优越的非线性PID控制方式。 其次，分别在有刷和无刷励磁系统下，对普通PID、非线性PID和模糊自适应PID三种控制方式在阶跃响应和突变负载的情况下进行仿真，对输出的机端电压进行分析并得出相关结论。 除了对通用的励磁控制算法进行仿真分析外，提出了一种基于同步电机本身的励磁控制算法，这种控制方式是对励磁电流进行闭环控制，并辅以非线性的PID控制进行进行精度调节。针对这种方式，提出了两种实现方案。同样在有刷和无刷励磁系统下进行阶跃响应和突变负载的仿真分析研究。仿真测试表明，这种控制算法在控制的快速性和稳定性方面优于通用的控制方式。 最后，鉴于励磁控制系统仿真的重复性及操作的繁琐性，建立了一种基于MATLAB GUI的励磁控制仿真平台，借助此平台对SIMULINK模型操作，可以方便地实现对参数的设置与修改、模型的查看和修正、仿真的显示及相关的辅助操作等等，可以极大地简化仿真的操作过程，提高仿真的效率。另外，此平台的实现也为其它系统类型仿真界面的建立提供了重要的参考。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：lwt123
带整流负载的同步发电机在一些需要高品质直流电源的场所，如舰船电力推进、邮电通讯、飞机等电源系统得到了广泛应用，并且受到了许多学者的关注，其研究领域主要涉及数字仿真、数学模型、稳态分析以及运行稳定性等方面。 本文对MATLAB/Simulink中的电机模型进行了深入的研究。针对MATTAB中电机仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步发电机定、转子分解的状态方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步电机仿真模型并进行了封装，为进行带整流桥负载同步电机系统的分析与研究打下了很好的基础。 对带整流桥负载同步发电机整流系统稳态运行特性进行了分析，采用定、转子分解模型建立了整流系统仿真模型。证明了在假定转子磁链守恒，即忽略转子电阻影响的条件下，定、转子分解模型很容易转变为带三相对称非线性负载的同步电机稳态分析模型。介绍了根据这一模型推导出的解析计算公式，给出了计算方法和步骤，并编写了计算程序，便于工程上直接使用。与仿真结果的对比验证了该解析计算的正确性。同时，仿真证实了忽略转子电阻影响会给计算结果带来一定的误差，但是，在转子电阻正常值范围内，忽略其影响是允许的。 对带有反电动势负载的同步发电机整流系统的稳定性进行了仿真研究，将系统中的各个参数对系统稳定性的影响进行了仿真。为了解决稳定性仿真计算量大、计算时间长的问题，利用同步电机换相计算的稳态公式，对同步电机分解模型的定子部分和整流桥部分进行了简化处理，得到了同步发电机整流系统稳定性分析简化模型。通过两种模型的仿真计算，证实了该简化模型与非简化模型的仿真结果相当一致。这样既解决了带有反电动势负载的同步发电机整流系统的稳定性仿真计算的计算速度问题，也证明了换相过程及其产生的谐波对系统的稳定性没有影响。
上传时间： 2013-06-19
上传用户：tinawang
随着电力电子装置越加广泛的投入使用,电能得到了更加充分的应用,但是伴随而来的是越来越多的非线性、冲击性负载的投入使用,电网中谐波污染日益严重,在针对此类谐波抑制和无功补偿装置的研究中,电力有源滤波器APF得到了广泛应用. 与传统无源滤波器比较,有源电力滤波器具有动态响应特性好,滤波特性不受系统阻抗的影响等优势.而APF所采用的谐波电流检测方法,直接决定了谐波的检测精度和跟踪速度,是决定谐波补偿特性的关键.本论文重点研究了谐波电流检测方法. 在众多有源滤波器的谐波及无功电流检测算法中,基于三相瞬时无功功率理论的应用最为广泛.应用此理论的i<,p>-i<,q>岛检测方法计算简单,具有较好实时性,适合电流快速检测的优点；但同时也存在很多局限性. 本文首先通过分析、比较总结出各类APF的优缺点和适用性,系统地研究了有源电力滤波器的两个关键技术:谐波电流检测和PWM信号发生器的控制策略；在此基础上,针对在负载电流有较大突变时补偿电路会产生较大畸变影响补偿效果的问题,以及三相电压畸变时i<,p>-i<,q>检测法存在的误差等问题,从基于DSP控制的三相四线制并联型有源电力滤波器的结构出发进行优化设计,提出了一种改进的i<,p>-i<,q>检测法,在该检测法中增加了平衡.APF直流侧电容总电压和上下电容电压的闭环控制,以消除负载电流突变时产生的畸变；并采用一种新颖的基于低通滤波的A相正序电压提取单元来代替原始的i<,p>-i<,q>检测法的PLL锁相环,在三相电压畸变情况下仍可以正确提取A相正序电压,以精确检测出谐波和无功电流. 最后通过MATLAB6.5对系统进行了仿真验证,仿真结果表明该算法能有效保证检测效果的实时性和精确性,证明了该算法的可行性.
上传时间： 2013-04-24
上传用户：jackgao
