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1 篇 中国工程物理研究...
1 篇 沈阳工业大学
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作者

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4 篇 张海波
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4 篇 夏涛
4 篇 王尧
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3 篇 蔡骏
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2 篇 肖军
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2 篇 熊浩杰
2 篇 双波
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2 篇 龚黎明
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语言

67 篇 中文

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内嵌式转子无刷直流电机驱动系统在汽车电动空调中的应用研究

内嵌式转子无刷直流电机驱动系统在汽车电动空调中的应用研究

引用

作者：韩则胤浙江大学

学位级别：硕士

在车载电动空调系统中,压缩机驱动系统通常使用电动机提供动力。永磁无刷直流电机(Permanent Magnet Brushless DC Motor)以其小体积、高功率密度、结构简单等特点,适合于车载工作环境。本文研究了一种永磁无刷直流电机驱动系统,用于车... 详细信息

在车载电动空调系统中,压缩机驱动系统通常使用电动机提供动力。永磁无刷直流电机(Permanent Magnet Brushless DC Motor)以其小体积、高功率密度、结构简单等特点,适合于车载工作环境。本文研究了一种永磁无刷直流电机驱动系统,用于车载空调压缩机的驱动。无刷直流电机的控制中,检测转子位置是一个至关重要的问题。在压缩机驱动系统中,电机与压缩机往往会密封在同一个空间里,工作环境恶劣,位置传感器等的使用受到很大限制。本文研究了一种基于反电势过零检测的无位置传感器控制方法,检测转子位置。与传统反电势过零检测方法相比,本文所使用的检测方法无需引出电机中性线,也不需要通过复杂的电路拟合电机反电势,电路结构简单,可靠性提高。对于反电势过零检测中,可能出现的过零点检测失误的问题,本文研究了一种过零点位置的修正方法,对每一个过零点的准确性进行评估。对于过零点位置检测错误和丢失等问题,采取错误甄别和丢失位置补偿的修正方法,提高系统运行的稳定性。通过对车载空调系统运行特点的研究,对于车载系统中一般使用的12V、24V等供电电源,设计了相应的低电压大电流无刷直流电机驱动器。对于电动汽车等应用领域高电压等级的要求,在低压驱动器基础上又进行了144V、288V等高电压等级驱动器的设计。对于这两类驱动器硬件电路,本文进行了比较研究,并对其稳定性和可靠性进行了实验验证。实验结果表明,本文所设计的驱动器能够很好的满足车用空调系统的控制要求,驱动器结构紧凑、工作可靠。针对无刷直流电机在空调系统应用中的高转速化和大功率化要求,电机本体的优化设计将成为整个系统设计的一个重要组成部分。基于此,本文研究了电磁和结构两方面的优化设计。电磁方面集中研究了隔磁桥等转子关键部分对电磁设计的影响。由于这些部分对转子的机械强度也有很大的影响,所以在结构优化中对这些方面也进行了研究。本文首先使用有限元分析软件建立电机的电磁模型,对“一”型、“V”型和“U”型三种磁钢结构的IPM电机进行电磁性能分析,同时计算转子冲片和磁钢受到的电磁力。然后,分别建立了三种电机的结构模型,并将电磁力导入,对转子进行结构分析。本文对比了几种磁钢结构的转子模型分析结果。隔磁桥、极靴等对电磁和结构性能的影响都比较严重,本文进行了对比研究。对于转子的优化设计,本文也进行了讨论。最后,对“一”型磁钢结构电机进行了实验分析。仿真和实验分析表明,考虑电磁力的影响时,隔磁桥上的应力会有一定程度的减低。相比“一”型磁钢结构,“U”型和“V”型磁钢结构不仅能够增加电机的磁通量,也能使电机承受更大的转速,但是生产成本会更高。

关键词：电动空调压缩机无刷直流电机无位置传感器技术 IPM电机机械应力有限元

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新型永磁电机的设计、分析与应用研究

新型永磁电机的设计、分析与应用研究

引用

作者：黄明星浙江大学

学位级别：博士

永磁电机是一种很有发展潜力的高效节能动力装置,在工业生产和日常生活的诸多领域中正日益得到广泛的应用。在我国大力提倡节能减排的宏观背景下,开发和研究新型的高效节能永磁同步电动机,降低用电设备的耗电量,不仅符合国家的宏观政策... 详细信息

永磁电机是一种很有发展潜力的高效节能动力装置,在工业生产和日常生活的诸多领域中正日益得到广泛的应用。在我国大力提倡节能减排的宏观背景下,开发和研究新型的高效节能永磁同步电动机,降低用电设备的耗电量,不仅符合国家的宏观政策导向,而且具有良好的社会和经济效益。复式永磁同步电机和直驱式抽油机就是针对油田中耗电量最大且为数众多的传统游梁式抽油机提出的。直驱式抽油机改变了复杂笨重的机械传动方式,利用复式永磁同步电机低转速、大输出转矩的特点,直接驱动抽油机负载,提高了抽油机的系统效率和功率因数,实现了良好的节电效果。复式永磁电机是将双盘式电机与圆筒形外转子电机在三维空间上组合而成的,提高了电机单位体积内的输出转矩。本论文从复式永磁同步电机的设计计算方法、电机内电磁场的分析、电机参数的优化、齿槽转矩的抑制、电机驱动控制系统的研究,到复式永磁电机的测试试验及其在直驱式抽油机中应用和系列化的讨论,对这一新型结构的电机进行了全面的理论分析和试验验证工作。本论文所研究的另一种永磁电机是针对磁浮交通系统中的长定子直线同步电机提出的改进型电机结构,即内置永磁体式永磁电励混合励磁直线同步电机。研究这一新型结构的出发点是为了减少悬浮励磁次级的耗电量,达到节省车载电源能耗的目的。这对减小磁浮列车上励磁次级的体积和重量,降低车载电源容量,提高整车性能都有一定的实际意义。本论文的研究工作主要集中在以下几个方面: 1.在复式永磁同步电机这一新型结构的基础上,对现有的调速永磁同步电机的设计方法和解析计算公式进行归纳、总结及推演,形成了适用于复式永磁电机的电磁参数设计计算方法。对复式永磁电机工作特性的研究表明,定子直流电阻值对电机特性的影响很大,它使最大电磁功率对应的功角小于90°,使定子铜耗在电机总损耗中占据绝大部分,使电机效率随负载率的增加呈逐步下降的走势。 2.针对复式永磁电机结构的特殊性,先使用三维CAD软件构建立体模型,直接在三维图形中进行结构修改工作,再用工程制图软件AutoCAD绘制二维工程图。为保证电机结构的可靠性,应用材料力学的相关知识,对以电机主轴为代表的主要零部件进行强度和刚度方面的分析校核工作。对于电机温升问题,将等效热路法进行适当的修改,推导出适合于复式永磁电机使用的温升计算公式,对样机的温升进行了计算,并与试验结果进行对比,误差不大于6%。 3.应用永磁电机三维磁场的有限元分析方法,对复式永磁电机作适当简化后进行建模,使用该模型对电机内空载和负载磁场的分布情况、空载漏磁以及不同功角时的输出转矩等进行了分析计算。对于抑制复式永磁电机齿槽转矩的问题,采用齿槽转矩的解析分析与有限元计算相互印证的方式,对电机的筒形和盘形部分分别进行讨论。通过复式永磁电机的解析计算方法,以有限元方法为辅助,针对重要结构参数对电机性能的影响进行分析,由此得出这些参数的最佳取值范围。 4.根据复式永磁电机直轴和交轴电感近似相等的特点,采用合适的矢量控制策略,并使用EKF算法估计转速以替代机械传感器的检测,实现复式永磁电机的无位置传感器矢量控制系统。从控制系统硬件电路的设计、系统框图的建立到软件流程的制定,对复式永磁电机的驱动控制系统进行了前期研究工作。采用MATLAB/Simulink仿真软件对控制系统进行了仿真分析,结果表明控制系统对电机的控制效果理想。 5.在试验塔架上应用新型永磁电机测量系统对复式永磁电机进行了空载、负载和温升试验,并将电机的理论计算结果与试验数据进行了对比分析。 6.根据游梁式抽油机的型号标准,从替代游梁式抽油机的角度对直驱式抽油机及复式永磁电机的系列化进行了讨论。说明了直驱式抽油机能够节电增产的原因,并给出了节电效果的实测数据。检测数据表明,同型号的直驱式抽油机比异步电机驱动的游梁式抽油机节电50%以上。 7.对现有的永磁电励混合励磁直线同步电机进行结构改进的角度,提出了两种新型的混合励磁次级结构——内置永磁体半隔磁式和内置永磁体全隔磁式混合励磁结构。对比半隔磁式和全隔磁式结构,由于后者漏磁更少,同等条件下获得的悬浮力更大,因此对全隔磁式结构进行了更为深入细致的分析。采用二维电磁场的有限元分析方法,对全隔磁式混合励磁结构进行结构参数优化。通过分析悬浮力、推力和空载漏磁系数三个性能参数,将全隔磁式混合励磁结构与电励磁结构、与两种现有的混合励磁结构进行了对比分析。在以上所进行的全部研究工作中,第一、三和七项是本文的创新点所在。

关键词：复式永磁同步电机三维磁场的有限元分析齿槽转矩等效热路矢量控制无位置传感器技术直驱式抽油机节能混合励磁直线同步电机磁悬浮交通

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永磁同步发电机无位置传感器矢量控制系统的研究

永磁同步发电机无位置传感器矢量控制系统的研究

引用

作者：唐挺北京交通大学

学位级别：硕士

本文介绍了风力发电的现状和发展趋势。在掌握变速恒频风力发电基本原理的基础上,重点介绍了永磁同步发电机直驱式风力发电技术,比较了主动整流方式和被动整流方式,确定了永磁同步发电机直驱式风力发电主动整流方式追踪最大风能的方案... 详细信息

本文介绍了风力发电的现状和发展趋势。在掌握变速恒频风力发电基本原理的基础上,重点介绍了永磁同步发电机直驱式风力发电技术,比较了主动整流方式和被动整流方式,确定了永磁同步发电机直驱式风力发电主动整流方式追踪最大风能的方案。建立了不同坐标系下永磁同步发电机的数学模型。对发电机结构、特性及内部电磁关系等进行了详细的分析和推导。介绍了PWM变流器结构及工作原理。对永磁同步发电机的控制方法进行了深入的研究和比较。研究了永磁同步发电机矢量控制的方法。分析了无位置传感器控制技术的现状,在比较各种方法之后,采用了基于磁链观测器的位置估算方法。通过改进型积分器对定子电压进行积分得到定子磁链,可以达到比低通滤波器更优的性能,同时消除纯积分器带来的初值不准确、直流偏移和误差积累对定子磁链估计的影响。本文对永磁同步发电机无位置传感器矢量控制系统进行了仿真。构建了仿真模型,模拟了控制算法。对矢量控制和无位置传感器方法进行了分析验证。搭建了直流电动机联交流同步电机的实验平台。模拟了发电机的运行状态,基于DSP进行了系统的硬件和软件设计。所设计并搭建的实验平台能够实现同步发电机主动整流的基本功能。实验结果表明本文所采用的基于磁链观测器的无位置传感器技术和矢量控制策略是确实可行的。

关键词：直驱式风力发电永磁同步发电机矢量控制无位置传感器技术

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小功率少相数磁阻电机的控制

小功率少相数磁阻电机的控制

引用

作者：于春丽昆明理工大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD系统)是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型电机驱动系统，其发展历史只有短短几十年，却凭借良好的调速性能在电气传动领域赢得了重要位置，具有很好的发展前景。但在开关磁... 详细信息

开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD系统)是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型电机驱动系统，其发展历史只有短短几十年，却凭借良好的调速性能在电气传动领域赢得了重要位置，具有很好的发展前景。但在开关磁阻电机的性能分析、设计和控制方面，仍有一些问题有待解决，如对位置传感器的依赖、转矩的脉动等，这些都影响了它的进一步应用。本文以PIC16F877单片机为控制核心，研究并设计了180W两相4／2极SR电机的控制系统。本文共六章，第一章简要概述了SRD系统的发展概况、主要研究方向和SRD系统的基本结构、工作原理，并说明了本文的主要工作。第二章介绍了SR电机的基本方程和求解的模型。通过线性模型和准线性模型的分析，得出了SR电机的磁链方程、磁共能方程以及转矩方程，并在此基础上分析了各个转子位置处的电感、电流等特性，总结了SR电机的运行特性和控制模式，得出了本系统的控制方式。第三章介绍了对无位置传感器的研究，阐述了取消转子位置传感器的理论依据，并基于本控制中SR电机的特性，运用简化磁链法的转子位置估算方案来完成本系统中转子位置的估测。第四章主要完成了SRD系统的硬件设计。对功率变换器的结构与设计问题进行研究，采用MOSFET为功率开关管，设计了SR电机的功率变换器电路;以PIC16F877为核心设计了SR电机控制器及其相关电路，包括速度给定、电流检测和故障保护等部分电路的详细设计，充分利用了PIC16F877内部资源，达到了简化电路结构，提高运行可靠性的目的。第五章讨论SR电机控制软件的设计和SRD系统的仿真问题，软件设计采用模块化编程，增强了程序的通用性和可读性。仿真时利用MATLAB／SIMULINK模块搭建SRD系统的模型，仿真结果表明建模正确，系统的控制策略可行。第六章为全文总结。

关键词：开关磁阻电机调速系统控制器 PI数字调节器无位置传感器技术脉宽调制仿真

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无刷直流电机伺服系统先进控制策略的研究

无刷直流电机伺服系统先进控制策略的研究

引用

作者：马义方浙江大学

学位级别：硕士

无刷直流电机具有质量轻、寿命长、电磁转矩与磁链耦合小等优点,在伺服系统中获得了越来越广泛的应用,但是其存在换相时电磁转矩扰动、负载扰动、参数变化等。因此对无刷直流电机的驱动控制策略提出了很高的要求,需要有先进的控制策略... 详细信息

无刷直流电机具有质量轻、寿命长、电磁转矩与磁链耦合小等优点,在伺服系统中获得了越来越广泛的应用,但是其存在换相时电磁转矩扰动、负载扰动、参数变化等。因此对无刷直流电机的驱动控制策略提出了很高的要求,需要有先进的控制策略来提高系统的控制性能。本文首先阐述了无刷直流电机原理,推导了无刷直流电机位置伺服系统的数学模型,建立了无刷直流电机的MATLAB仿真系统,为先进的控制策略应用提供一个试验平台。电子换相减小了电机质量与体积,增加了寿命,却引入换相电磁转矩扰动。本文在定量分析了换相期间电磁转矩扰动的基础上,提出一种抑止换相时电磁转矩扰动的新的分段电流控制策略:换相时段让电磁转矩与相电流恒定不变,实现无扰动换相;非换相时段使相电流快速跟踪给定电流指令。试验结果表明使用该策略与使用常规控制策略相比电磁转矩扰动明显减小,且转速越大扰动越小。无位置传感器技术是当前无刷直流电机控制的趋势。本文阐述了相电压检测法实现无位置传感器控制的原理,分析了转子位置检测的误差来源,并给出误差的补偿方法。该方法运行简单易行,实用性强。针对位置伺服中存在的参数变化、负载转矩扰动等情况,变结构滑模控制律有很好的鲁棒性能,但需要知道参数变化的最大值并且控制量抖动剧烈;采用常规自适应滑模控制可以估计参数变化最大值,但其控制量抖动仍然剧烈;本文介绍了一种新的无刷直流电机位置伺服系统控制器设计方法,其控制器由二次型最优控制、模糊控制与滑模自适应调节器组成。自适应调节模糊输出变量的隶属度函数的中心位置,从而在线降低系统的李雅普洛夫函数。试验结果表明了该方法设计的控制器抗干扰能力强、控制输出跟随快速平稳,有良好应用及参考价值。构造了基于数字信号处理器(DSP)的无刷直流电机伺服控制系统,简要论述了驱动保护电路、信号采集及PWM控制信号等关键技术。

关键词：无刷直流电机伺服系统无位置传感器技术滑模变结构控制模糊控制 PWM调制自适应控制

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开关磁阻电机及其控制策略研究

开关磁阻电机及其控制策略研究

引用

作者：李广海浙江大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD)以其优良的调速性能日益收到人们的关注，显示出强大的市场竞争力。本文以完成基于数字信号处理器的3KW四相(8／6极)开关磁阻电机控制系统的设计和研制为主要研究内容。 ... 详细信息

开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD)以其优良的调速性能日益收到人们的关注，显示出强大的市场竞争力。本文以完成基于数字信号处理器的3KW四相(8／6极)开关磁阻电机控制系统的设计和研制为主要研究内容。全文的研究工作包括一下几个部分。第一章简要概述了SRD系统发展过程、发展方向，以及SRD系统的基本结构、工作原理和特点；第二章为功率变换器的设计和制作，介绍了各种主电路的形式，详细论述了一种H型功率变换器的工作原理和特点，主开关器件选用IPM。第三章介绍了以TI的DSP为核心的控制系统的软硬件设计。第四章介绍了开关磁阻电机制动的原理和控制方法，并给出了一套3KW开关磁阻电机能耗制动的设计实例，解决了位置检测、优化控制以及系统保护等制动过程中不容忽视的问题。这对降低系统成本、提高系统性能／价格比和开拓开关磁阻电机的多种应用具有重要意义。第五章阐述了取消转子位置传感器的理论依据，提出了一种对中小功率开关磁阻电机可行的无位置传感器测量技术方案，同时介绍了DSP测量SRM静态磁链特性的试验方法。第六章为全文的总结。

关键词：开关磁阻电机调速系统数字信号处理器智能功率控制模块电压PWM控制 PID控制模糊角度控制无位置传感器技术位置检测技术

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无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践

无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践

引用

作者：田淳南京航空航天大学

学位级别：博士

本文首先阐述了矢量控制在永磁同步电机的应用现状，指出矢量控制在转矩控制、弱磁控制和无传感器技术实现上的复杂性。永磁同步电机直接转矩控制技术为永磁同步电机弱磁控制、无传感器技术开辟了新的途径。因此，本文以永磁同步电机直... 详细信息

本文首先阐述了矢量控制在永磁同步电机的应用现状，指出矢量控制在转矩控制、弱磁控制和无传感器技术实现上的复杂性。永磁同步电机直接转矩控制技术为永磁同步电机弱磁控制、无传感器技术开辟了新的途径。因此，本文以永磁同步电机直接转矩控制理论、方案研究及其弱磁控制和无传感器技术实现为研究重点，并对电磁式同步电机直接转矩控制方案进行了初步研究。主要作了以下开创性的工作：系统地阐述了永磁同步电机直接转矩控制理论，发展了原有的控制理论，明确了空间电压零矢量在控制系统中的重要作用——保持电机转矩输出，减小转矩脉动，据此提出了包括零矢量的新型控制方法。实验验证表明采用新控制方法提高了同步电机直接转矩控制性能。指出了恒定磁链幅值的直接转矩控制系统在轻载稳态时效率不高的缺点。针对这一缺点，提出了根据负载改变磁链幅值的新型直接转矩控制方法。针对表面贴装式同步电机，提出了IA=0的控制方案，并实现了电机准IA=0控制方案。仿真和实验验证表明电机的轻载稳态性能大大提高，且动态性能优良。开展了永磁同步电机直接转矩控制系统的弱磁控制研究。分析了永磁同步电机弱磁控制的原理，提出了弱磁控制中三条控制轨迹：最高电压限定轨迹、定子最大电流限定轨迹和最大直轴去磁电流限定轨迹。实现了表面贴装式永磁电机直接转矩控制调速系统的弱磁控制。仿真和实验结果论证了所提出的方案的正确性。分析了直接转矩控制中造成定子磁链估计误差的影响因素。采用了改进积分器和新型的死区电压补偿等简单且适用于直接转矩控制的措施，以消除转子初始位置偏差和死区效应对定子磁链估计的影响。利用定子磁链来估计电机的转子速度和位置，实现了永磁同步电机无传感器运行。完成了1kw的永磁同步电机无传感器直接转矩控制系统。系统的调速范围可达1:100，电机额定转矩的阶跃响应时间为1ms，动态响应优秀。在永磁同步电机直接转矩控制的研究基础上，本文对电磁式同步电机直接转矩控制理论和方案进行了初步仿真研究。通过两种电机的比较，总结了电磁式同步电机实现直接转矩控制具有的优势。针对电磁式同步电机励磁可调的特点，提出了功率因数调整为1的直接转矩控制方案。

关键词：永磁同步电机表面贴装式永磁同步电机内埋式永磁同步电机电磁式同步电机直接转矩控制弱磁控制无位置传感器技术

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