由于电动助力转向(EPS)系统具有高性能、高效率、低成本、节能环保等优点,随着汽车电子技术的发展,电动助力转向技术逐渐取代传统的液压助力转向(HPS),成为转向助力技术的主流。 @@ 本文在详细了解EPS系统性能要求和工作原理的基础上,对各种已有的EPS助力电机进行了总结和比较。对比结果表明,无刷直流电机(BLDC)凭借其显著的优点,成为EPS助力电机的较优选择。 @@ 无刷直流电机作为一种由电动机本体和驱动器组成的机电一体化产品,与传统的直流电机一样,具有良好的起动和调速性能,并且由于用电子换向取代了机械换向,不存在传统直流电机的换向火花和机械噪声,在许多性能要求比较高的场合已得到普遍应用。随着电力电子技术、计算机技术的发展,其应用范围还在进一步扩展。然而,BLDC电机作为EPS系统的助力电机也并非全无缺点。永磁电机中固有的齿槽转矩的存在,以及由于采用120°换向工作模式造成的转矩波动,都会严重影响EPS系统的操控性能。 @@ 本课题针对无刷直流电机在汽车电动助力转向系统中的应用,根据EPS系统对助力电机的要求,设计了一台转向助力用永磁无刷直流电动机,并使用有限元方法对电机性能进行了分析。为了反映参数变化对电机性能的影响,从而为电机的设计提供指导,我们还用场路耦合的解析算法对电机性能进行了分析。在分析结果的基础上,对永磁电机中的齿槽转矩进行了研究,并针对样机提出了齿槽转矩的削弱方法,然后使用三维有限元的方式对所提出的方法进行了仿真验证。 @@ 根据EPS系统的工作原理,探讨了助力电机的控制策略,并设计了带传感器的无刷直流电机的控制系统。分别完成控制系统硬件和软件的设计,并进行了相关实验,结果表明基本达到了设计的目标。 @@关键词:EPS、无刷直流电机、电机设计与优化、有限元、控制器设计
上传时间: 2013-07-29
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随着世界经济的高速发展、人口的增长和科技的进步,传统能源的消耗量越来越大,这就带来了一系列能源的耗尽和环境污染问题。太阳能作为一种优越的可再生能源而受到世界各国的重视并具有较大发展潜力。为了进一步提高系统的性能,实现系统的优化及可靠运行,本文研究独立运行光伏发电系统的结构、工作原理和控制策略。相对并网系统,这对于国家正大力发展的西部太阳能资源开发来说是具有现实意义的。 首先,本文详细介绍了光伏发电的国内外研究背景,光伏电池的种类、发电原理及输出特性,并介绍了独立运行光伏发电系统的组成、运行原理和应用,在此基础上论述了光伏系统常用的DC/DC变换电路,负载最大功率跟踪(MPPT)的方法等人们普遍关注的问题。融合了上述原理技术,设计一个功率为25W的独立运行光伏发电系统。 其次,为减小传统的固定步长的扰动法进行最大功率跟踪的步长大振荡大,步长小跟踪速度慢的缺陷,本文提出了电压自适应最大功率跟踪算法,其原理是引入了不同的步长系数,根据功率变量值的大小,确定合适的控制步长进行电压参考值的给定,并在MATLAB环境下利用Simulink工具搭建模型进行仿真,仿真结果验证了此种跟踪方法具有快速性、稳定性和准确性等优点。 最后,搭建硬件电路,通过对电池板的不同安装角度测量得到的数据,得出不同季节在大连地区安装的不同最佳角度值。设计了25W的独立运行光伏发电系统的主电路及其控制电路,包括光伏电池的选择,Boost主电路参数、控制电路部分、驱动电路及其检测电路各模块分别进行了详细的探讨;对独立系统的储能装置蓄电池的充放电电路进行了设计,利用单片机dsPIC30F3011控制电路同时实现了最大功率跟踪和蓄电池的充电电压、放电极限电压及充电电流的控制,可防止过充过放现象的发生,从而实现独立光伏发电系统的可靠运行。
上传时间: 2013-04-24
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汽车从批量生产到现在已经有100多年的历史,其中,车辆电子化、电动化取得了惊人的进展,伴随而来的是汽车用电量的迅速增加。专家预计到2010年电气方面功率会达到10kW,电流将会增加3倍以上,如不增加电流,最有效的方法是尽量提高汽车电源供电电压。电压最好能在人体安全电压范围(DC60V)以下,42V是一种解决办法。采用42V电源,可以直接减小导线尺寸和实现轻量化,从而降低成本。 在新的42V电源系统中,采用42V/14V双电压方案,对目前的电气系统冲击较小,过渡平缓。本文在综合国内外相关研究的基础上,对42V/14V双电压电气系统的技术发展以及现状进行了较系统的研究。主要研究内容如下: 首先,本文分析了汽车电源升压的原因,介绍了国内外的现状。研究探讨新型42V电源系统对汽车蓄电池的影响,介绍了混合动力车用蓄电池的特点,比较目前混合动力车用几种蓄电池的方案。因为42V/14V双电压共存,存在多种直流电压变换器,本文分析了DC/DC变换器的结构和原理,设计了高频斩波型和二重软开关两种DC/DC变换器模块方案。 其次,介绍了混合动力汽车42V一体化启动发电机系统装置的特点,叙述其工作原理和系统组成。提出了一种基于永磁同步电机ISG系统的设计方案。在对永磁同步电机理论研究的基础上,本文完成了对永磁同步电机起动的实验和调试。通过对实验样机做起动实验,验证了本文设计的ISG系统及电机的硬件驱动的可行性。 最后,汽车电源系统升压会产生更高的瞬态高压和更强的电磁干扰,本文简要分析了其产生的原因,阐述了基本的抑制方法。 目前汽车电源系统由14V电源向42V电源发展已经是必然的趋势。作为过渡阶段,对42V/14V双电压系统的研究将会是汽车界最近时期的一个重要内容。42V汽车电源系统标准的实施,将对汽车电器和电子设备带来巨大的冲击,同时也会给整个汽车界带来新一轮的电气技术革命。
上传时间: 2013-07-23
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随着太阳能发电技术的日益成熟,太阳能的发电应用在世界范围内得以迅速推广。因此,太阳能光伏发电系统设计的作用越来越被人们所重视。 在现阶段,光伏发电系统的设计主要以系统工程师的设计为主,很少有计算机辅助的成分,因此设计出的方案带有较大的主观性和不确定性。由于光伏发电系统的设计过程中涉及到的数据量很大,所以工程师在设计过程中难免会忽略甚至错误地计算某些数据,从而导致部分资源没能得到合理地利用。如果能将计算机辅助设计融入到光伏发电系统的设计中来,一是可以大量节省光伏系统设计的时间,二是可以确保设计出的方案具有较高的实用性,并且可以使各种资源得到最大的利用。 国外目前应用的光伏系统设计相关软件主要有:德国西门子的PVDesigner,瑞士的PVSyst,加拿大的RETScreen,德国的PVSOL等。而国内在光伏系统设计方面的软件产品几乎为空白,因此开发一款适合在国内使用的光伏系统辅助设计软件具有重要的意义。 综上所述,本课题有较大的需求空间,并具有广阔的发展前景,对发展国内光伏发电系统具有深远的意义,同时具备应用和研究价值。笔者建立了光伏发电系统辐射量计算的数学模型,并根据数学模型应用Visual C#开发出适用于Windows平台的光伏系统辅助设计软件。该设计软件除了能进行一般的数据计算之外,更重要的是能自动地求出太阳电池组件、逆变器数目以及它们各自的串并联数目,为光伏发电系统的设计者解决设计中最为困难的问题,省去设计者大量的重复而复杂的分析和计算,为光伏发电系统的应用打开一扇方便之门。而通过实例验证,笔者设计的光伏系统辅助设计软件可为光伏发电系统提供较为合理的配置方案。
上传时间: 2013-04-24
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三相电压不平衡度是衡量电网电能质量的一个重要指标。在三相系统中,引起电压不平衡的主要原因是发电机的输出电压不平衡和负载不平衡两方面,电压不平衡比较严重时,会给系统带来诸多危害。近年来,STATCOM因其动态响应速度快,电流谐波含量小,装置体积小等优点,在电压不平衡补偿中的应用越来越广。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主电路。为了获得更高的输出电压,通常需要将IGCT串联使用。然而在器件串联使用时,由于其特性的差异会产生暂态电压分配不均衡,导致个别器件上产生过电压而威胁器件的安全,严重时会烧毁器件。因此需要采用均压电路来保证串联结构中电压的平均分配。本文重点对IGCT串联均压电路和缓冲电路进行了设计,在分析串联均压电路的同时,计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围。而后,对缓冲电路进行了Pspice仿真,通过仿真验证了均压电路的工作效果。结果表明,吸收电容和吸收电阻的取值合适,能够对IGCT的串联运行起到很好的保护作用。本文还对100Kvar/660VSTATCOM的主电路进行了参数设计,对IGCT的型号和各主要元件进行了选择。 本文重点研究了不平衡系统中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的数学模型;根据STATCOM的电流暂态模型,对电流电压进行序分解,并做D—Q坐标变换,建立STATCOM在静止坐标系下的正、负序数学模型。基于建立的负序模型,研究STATCOM在不平衡情况下的控制策略,本文采用无差拍控制方法;根据实际补偿时遇到的问题:收敛速度慢、依赖固定的负载模型、鲁棒性差等,对无差拍控制方法进行了优化设计。该优化方法在传统无差拍的基础上引入了参考电流观测器和状态观测器;文中具体设计了这个改进无差拍控制器和其相关电路。经分析与仿真验证了本文提出的优化控制方法,将该方法应用于STATCOM不平衡补偿器,取得了良好的不平衡补偿性能、快速的动态响应和良好的鲁棒性。
上传时间: 2013-06-05
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随着计算机和微电子技术的飞速发展,基于数字信号处理的示波器、信号发生器、逻辑分析仪和频谱分析仪等测量仪器已经应用到各个领域并且发挥着重要作用,但这些仪器昂贵的价格阻碍了它们的普遍使用。 本文针对电子测量仪器技术发展和普及的情况,结合用FPGA实现数字信号处理的优势,研究一种基于FPGA的辅助性独立电予测量仪器的软件系统。这种仪器可以作为数模混合电路测试和验证的工具,用来观察模拟信号波形、数字信号时序波形、模拟信号的幅度频谱,也可以用来产生DDS信号。在硬件选择上,使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平台来实现单片DSP系统,这种芯片成本低廉、工作速度快、技术兼容性好;在软件设计上,采用基于FPGA的可编程数字逻辑设计方法,这种方法具有开发难度小、功能扩展简单等优点。设计中采用的关键技术包括:基于FPGA和IP Core的Verilog HDL设计、数据采集、数据存储、数据处理以及数据波形的实时显示。对这些技术的研究探讨不仅有理论研究价值,在科学实验和产品设计中同样具有重要的实用价值。系统的设计以低资源、高性能为目标,设计中采用了科学的模块划分、设计与集成的方法,在保持原四种信号处理功能不变的前提下,尽量多的节约各种FPGA资源,为实现低成本的辅助电子测量仪器提供了可能。
上传时间: 2013-06-05
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本文简要介绍了无刷直流电动机的发展历程和未来的发展趋势。通过分析无刷直流电动机工作的基本原理和无刷直流电动机的数学模型,建立了基于Simulink的动态仿真模型。通过对无位置传感器无刷直流电动机转子位置检测算法的分析和磁链与转子位置的相应关系的分析,本文使用磁链关系函数判断转子位置的算法,并基于Simulink建立了算法模型进行仿真分析验证,从仿真得到的结果可知,此位置检测算法是可行的。 @@ 在文中进行了转矩脉动原因分析,并对换相转矩脉动进行补偿。在低速时采用电流滞环进行补偿,高速时采用单斩波调制方式进行补偿。通过对三段式启动方法的分析和结合本文所采用的转子位置检测算法,本文采用两步启动方式,通过仿真分析证明是可行的。分析了经典PID调节算法和专家PID调节算法。对传统PID控制中出现的问题,本文把变参数PID调节算法应用到无位置传感器无刷直流电动机控制上。并建立了仿真模型,进行仿真分析。从仿真分析的结果可知其控制性能优于传统的PID调节算法。 @@ 文中介绍了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驱动器的结构和特点。在系统硬件设计中以TMS320LF2407A芯片为核心,设计了控制系统电路、功率驱动电路、电流电压检测电路、功率管过电压保护电路、启动限流电路、转速调节电路。 @@ 在系统软件设计中,主要实现了电机的起停、转子位置计算、转速计算和转速闭环控制的功能。用DSP实现脉冲调制输出和信号采样。 @@关键词:无位置传感器;无刷直流电动机;间接位置检测;磁链关系函数
上传时间: 2013-04-24
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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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石油钻采设备通常工作于公共电网所不及的沙漠、海洋和陆地等环境场合,其中的电站子系统由数台柴油发电机组及其相应的控制系统构成,为石油钻机提供动力电源(小电网供电系统)。石油钻机中的钻井设备(绞车、泥浆泵和转盘等)由大功率的交流或直流电动机驱动,根据钻井工艺需要调节转速和控制转矩,因此,通常采用VFD变频调速系统或SCR直流调速系统来满足钻井工艺要求。众所周知,电力电子装置(VFD变频传动系统和SCR直流传动系统)对电力系统带来谐波污染,尤其是对柴油发电机组小电网系统,谐波污染的问题将更为严重,而且SCR电驱动系统的功率因数较低,也给小电网系统带来额外负担,影响供电质量。因此,对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和提高功率因数,显得尤为重要。本论文正是针对此问题进行的研究和实践。 本文对石油钻机电驱动系统的构成及其工作原理作了介绍,重点分析了SCR和VFD电驱动系统谐波和无功功率产生的原因及危害,结合国内外的研究成果,提出对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和无功补偿的方案,并将其应用到实际的工程项目中。 石油钻机电驱动系统为典型的多谐波源系统,本文对各个谐波源进行了详细地分析,并且将多个谐波源进行了合成叠加和计算,来确定对电网系统总的影响(电压畸变率);针对SCR和VFD电驱动系统的结构和特点,提出了对SCR和VFD系统进行谐波抑制和无功功率补偿的不同解决方案,即:对SCR电驱动系统,采用有源滤波器+动态无功功率补偿的办法,来消除谐波和改善功率因数;而对VFD电驱动系统,采用有源滤波器来消除谐波即可。 对石油钻机SCR和VFD电驱动系统谐波进行的分析和计算,为两系统谐波抑制的方案选型和系统优化提供了设计依据。本文选用适合于柴油发电机组小电网供电系统的有源滤波器(额定电压为690V)来滤除谐波,在系统结构上,采用一个谐波源配置一个有源滤波器的方法,主要解决了CT和PT连接的问题,实践证明系统配置合理,滤波效果良好。同时对SCR电驱动系统设计了动态无功补偿装置,通过实测数据验证了本文对SCR电驱动系统的无功进行了有效地补偿。
上传时间: 2013-04-24
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风能作为一种清洁可再生能源,迅速发展,已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。风力发电系统按照容量可以分为小型风力发电系统和大型风力发电系统,按照是否并网又分为离网系统和并网系统,文章着重研究小型并网风力发电系统。 本文在分析国内外风力发电系统的现状以及风电产业现状的基础上,研究了风力发电系统的总体结构、风力机的主要机型以及发电系统的分类。通过研究风力机和永磁同步发电机各自的特性,基于它们的数学模型分别建立了各自的仿真模型。基于上述仿真模型,分别建立了整个电压源型逆变器并网风力发电系统和电流源型逆变器并网风力发电系统的仿真模型。 在风力发电并网系统中,并网逆变器是核心部分,可以分为电流源型逆变器和电压源型逆变器。本文研究了三相电压源型逆变器实现并网所采用的控制方法,包括空间矢量调制法和锁相环技术。针对电流源型并网逆变器风力发电系统,研究了PWM电流源型整流器的空间矢量调制和PWM电流源型逆变器的三种脉宽调制策略。 文中电压源型逆变器并网风力发电系统的仿真模型,采用BOOST变换器稳定逆变器输入直流电压,采用SPWM方法控制电压源型逆变器实现风机的并网;在电流源型逆变器并网风力发电系统仿真模型中,用空间矢量调制方法控制PWM电流源型整流器和用SPWM控制电流源型逆变器的方法实现了系统的并网。本文对采用的控制方法进行了仿真验证,比较了两种并网系统的并网优缺点,最后对两种并网逆变器的区别进行了总结。
上传时间: 2013-06-29
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