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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该文通过大量的文献资料阅读,对永磁同步电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解,在此基础上,详细分析了永磁同步电机转矩直接控制的机理,并提出了一套相应的转矩直接控制方案,建立了仿真和试验平台,进行了仿真分析和实验研究,获得了有价值的研究成果.该文的主要内容包括:(1)由空间矢量模型推导出永磁同步电机的磁链、电压和转矩的公式,描述了永磁同步电机转矩直接控制的基本控制机理,分析了永磁同步电机与感应电机的转矩直接控制方式上的不同之处以及转矩直接控制对永磁同步电机的要求.(2)在对永磁同步电机运行机理的分析基础之上,讨论了永磁同步电机转矩直接控制系统中各个控制子模块的功能和具体的实现方式,提出了一套永磁同步电机转矩直接控制的具体实施方案,并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的永磁同步电机转矩直接控制仿直模型,对所出的控制方案进行了仿真分析.(3)在理论研究的基础之上,设计研制了一套基于DSP+IPM的永磁同步电机转矩直接控制实验系统,编写了控制程序软件,进行了永磁同步电机运行实验.
上传时间： 2013-05-29
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能量变换器是一种新型高压发电机，采用高压交联聚乙烯(XLPE)电缆作为定子绕组，这种革新结构使其能够输出高电压，从而可以直接并网。因此，对能量变换器的运行进行系统地研究是极为必要的。本文针对能量变换器小值振荡和稳定性进行了深入地研究。 本文首先介绍了能量变换器的发展背景和国内外的研究现状，详尽分析了研究大型同步发电机和能量变换器稳定性的意义。 然后，本文对能量变换器静态稳定运行进行了分析，建立了能量变换器静态稳定运行时的数学模型，推导出了能量变换器静态稳定功率特性和静态稳定功率极限的表达式。并分析了励磁调节对能量变换器静态功率特性的影响，应用对比研究的方法，证明了能量变换器的静态稳定储备系数和静态稳定功率极限都比传统同步发电机高。 本文同时结合能量变换器样机参数，系统分析了其稳态小值振荡的物理过程，推导了能量变换器小值振荡时的整步转矩系数、阻尼转矩系数和电流、转矩、电磁功率各微变量的表达式，并通过仿真分析，归纳出了不计定子电阻和线路阻抗时能量变换器相应微变量的变化规律。此外，本文对考虑励磁调节作用时小值振荡各微变量的变化进行了仿真研究，给出了此状态下相应微变量的变化规律。 最后，本文对能量变换器系统在线路发生单相短路、相间短路和两相接地短路故障时的物理过程进行了分析，绘制了能量变换器正常运行和故障运行时的电气图与等值电路，结合等值电路推导了能量变换器相应故障状态下的功率表达式，并通过仿真分析与对比研究，给出了能量变换器系统在线路发生单相短路、相间短路和两相接地短路故障时的极限切除时间，得到了能量变换器的动态稳定极限。 本文所得结论对能量变换器合理可靠的设计及运行提供了依据，具有一定的理论意义和实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术进一步发展,交流电动机的变频调速系统已被公认为近代交流调速中性能最优越的一种电力拖动系统.然而,随着电动机变频调速技术的发展,谐波污染问题也逐步显现.为了消除谐波,节能降耗,研究者做了大量的研究和分析.目前,在三相感应电动机变频调速系统中,对于整流过程所产生的谐波,已有过大量的分析和计算,并且研究出了精确的滤波方法,使整流部分输出电压近似为直流电压.而对于逆变过程产生的谐波,大多只是定性分析,很少有定量计算的文献出现.该文首先对SPWM控制技术从原理上进行了详细的描述,指出了谐波问题的研究方向和谐波研究的意义.然后针对逆变器-电动机系统,利用贝塞尔函数和傅里叶级数理论,分别对单相二阶SPWM逆变器和三相SPWM逆变器的输出电压谐波的产生、大小和分布进行了细致而具体的分析和计算.通过计算所得到的结果,以图文的形式对谐波问题进行了分析,得出了相应的结论,并且对影响SPWM输出电压谐波频谱分布的因素进行了详细的讨论.该文还讨论了谐波对感应电动机绕组磁动势、旋转磁场的转差率、转矩以及铜耗的影响,为感应电动机变频调速系统的设计、电机供电电压谐波分析及附加损耗计算提供了参考.该文最后利用MATLAB软件的SIMULINK中的电力系统库,建立SPWM逆变电路的仿真模型.通过仿真,不但验证了数学理论推导的正确性,而且为电力电子电路和电机变频调速系统的设计提供了一种很好的仿真方法.
上传时间： 2013-06-28
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该论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上详细讨论了其变频调速的理论并且设计了一套基于DSP的永磁同步电动机磁场定向矢量控制系统.永磁同步电动机相对感应电动机来说具有体积小、效率高以及功率密度大等优点,因此自从上个世纪80年代,随着永磁材料性能价格比的不断提高,以及电力电子器件的进一步发展,永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段.永磁同步电动机既区别于感应电动机又与电励磁同步电动机相比有自身的特点,因此该论文首先从永磁同步电动机的本身出发,讨论了其稳态运行原理,分析了永磁同步电动机的转矩特性、功率特性及效率.矢量控制理论的发明是交流调速领域中的一个重大突破,该论文详细讨论了永磁同步电动机的矢量控制,在推导其精确数学模型的基础上分析了矢量控制理论用于永磁同步电动机控制的几种电路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大转矩/电流控制方式,并且开发出基于DSP的全数字永磁同步电动机的矢量控制系统,给出了其软、硬件的设计方案.弱磁控制是永磁同步电动机矢量控制又一方面,论文分析了永磁同步电动机弱磁调速的原理以及弱磁扩速困难的原因,并由此提出了两种特殊转子结构的新弱磁方案.直接转矩控制是继矢量控制后交流调速领域的又一个高性能控制方法,论文最后讨论了直接转矩控制理论在永磁同步电动机控制上的运用,并使MATLAB工具对永磁同步电动机的直接转矩控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明,直接转矩控制具有动态性能好,静差小以及鲁棒性好的特点.
上传时间： 2013-07-06
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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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随着电力电子器件、永磁材料、微机、新型控制理论和电机理论的发展，无刷直流电机的技术优势逐渐凸显，近年来在各种驱动、伺服和控制领域得到了迅速的推广应用。大功率无刷直流电机在国外已经成功应用于对系统效率、可靠性要求较高的场合，在国内，近年来也引起了广泛兴趣。本课题对大功率无刷直流电机进行预研，以两台无刷直流电机样机为研究对象进行分析和电磁设计研究。首先计及电枢绕组电感，从分析换相过程入手，建立了三相星型六状态工作模式下，电压源型无刷直流电机的数学模型，并基于此模型，通过仿真和实验，对该种无刷直流电机的电磁转矩系数、反电势系数、机械特性和电枢等效电阻等进行了深入研究，分析表明电枢绕组电感对上述各系数和特性存在较大影响，因此在大功率无刷直流电机设计和分析中，电枢绕组电感必须予以考虑。其次，本文对等效磁路法、电磁场有限元法和等效磁网络法以及它们在无刷直流电机电磁设计中的应用进行了比较研究，提出了采用有限元法计算漏磁系数、计算极弧系数、电枢计算长度和气隙系数，然后把它们应用到等效磁路法中进行空载特性计算，而采用电磁场有限元法分析负载特性的场路结合法。以此为基础，编制了无刷直流电机电磁设计软件，并将其应用于两台样机的设计，通过与电磁场有限元法计算结果和实验数据进行对比，验证了该方法的准确性。最后对两台样机的电枢反应及其影响进行了仿真和实验研究，分析发现q轴电枢反应是影响切向磁化结构的无刷直流电机性能的主要因素，设计中需采取措施抑制q轴电枢反应的影响。
上传时间： 2013-04-24
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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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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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