★电动机论文摘要范文电动机论文摘要写

电动机论文摘要范文电动机论文摘要写 交流伺服系统在电力传动领域发挥重要作用,是工业自动化不可缺少的组成部分,永磁同步电动机以其独特的优点适用于中小功率伺服场合.本文的工作围绕提高永磁同步电动机伺服系统的性能展开,对永磁同步电动机转矩脉动、速度和位置控制、转子初始位置检测和起动等进行了深入研究. 在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,阐明了转子磁场定向矢量控制的原理和实现方法,对两种主要的逆变器调制方法即正弦和空间矢量PWM做了深入分析和比较,为后续的分析奠定了基础. 对电机的调速控制实质上是对电磁转矩的控制,而转矩的产生是电、磁的综合效果,受非线性因素的影响.本文从逆变器角度分析了永磁同步电动机的转矩脉动,引入了误差电压矢量的概念来描述死区效应,用三种方法即矢量变换法、图解合成法和周波变换法推导出误差电压矢量的幅值计算公式、得出矢量相位和三相电流极性的对应关系,在此基础上深入分析了永磁同步电动机的死区效应,提出了正弦和空间矢量PWM逆变器死区的时间和电压补偿方法,并根据空间矢量PWM的特点,得到了时间补偿的简化算式,为提高电流极性检测精度,提出了电流极性检测的预测电流法和电流矢量法.分析了逆变器空间矢量PWM的转矩脉动,分别推导出计及调制因素和死区效应的转矩计算公式,分别得出两者的转矩脉动量和脉动率,阐述了两种转矩脉动的性质,提出了削弱脉动的方法,针对两种脉动的削弱在载波频率上存在矛盾,提出了综合削弱应该考虑的几个方面. 速度和位置控制是永磁同步电动机伺服系统的两种主要控制形式.为提高转速精度,提出了一种混合式速度调节方法,将他控方式引入到永磁同步电动机控制中并实现了与自控的有机结合,给出了自控切入他控的条件、他控运行内部频率给定方法和他控到自控快速切出的方法,仿真和实验证明该方法达到了高转速精度和快响应速度的目的.为提高永磁同步电动机位置系统对参数变化的鲁棒性能,提出了一种基于状态变换的位置系统鲁棒控制方法,该方法将位置控制器和电机驱动系统视为一体,按鲁棒二次镇定的方法综合设计反馈控制器的参数,并最终得出PI控制器参数和反馈系数,仿真结果表明,系统对参数摄动的鲁棒性能得到了提高. 对永磁同步电动机转子初始位置检测和起动进行了研究.概述了主要的转子初始位置检测方法,指出其存在依赖电机模型和在空载下难以现实的缺陷,针对此缺陷,提出了微小位移式初始位置检测方法,并根据空载和负载情况下转子位移特性不同,分别提出了适用于空载和负载的微小位移法和旋转电压矢量法,实验结果证明,检测结果能够满足电机的起动要求.依据施加的电压矢量方向不同,转子位移方向不同,提出了一种无转子初始位置的自起动方法. 永磁同步电动机的振动噪声是衡量其性能的一个重要指标,也是一直困扰人们的难题.通过对永磁同步电动机振动噪声源识别技术的研究,可在电机设计阶段优化设计方案或在运行中识别出对电机影响最大的振动噪声源,进而采取相应措施加以抑制.对提高电机性能、缩短研制周期和节省成本具有重要的实际意义. 本课题是辽宁省教育厅创新团队项目(xxT100),本文围绕正弦波供电和变频器供电对永磁同步电动机电磁振动噪声源的影响,对气隙磁场、法向电磁力和振动噪声的特征频率进行了深入研究,取得了一些具有理论意义和工程实用价值的成果,包括如下几个部分: 第一部分对永磁同步电动机在正弦波供电和变频器供电时的气隙磁场和法向电磁力进行解析法分析.通过实验总结出变频器开关频率对定子电流谐波的影响规律,利用三维运动磁场的计算和分析总结出气隙磁场谐波频率与变频器开关频率的关系表达式.分析了不同极槽配合对电机法向电磁力力波次数的影响规律,并推导出整数槽绕组和分数槽绕组产生的电磁力力波次数的解析表达式.最后,通过变频器供电对永磁同步电动机法向电磁力的影响,推导出变频器供电时永磁同步电动机产生的法向电磁力的力波次数和力波频率的解析表达式. 第二部分研究了法向电磁力和切向电磁力对永磁同步电动机电磁振动噪声的影响规律,并编制了永磁同步电动机电磁噪声计算软件.通过分析得出法向电磁力是引起电机振动和噪声的主要因素,而齿槽转矩对电机的振动影响较大,对噪声的影响则不明显.编制的永磁同步电动机电磁噪声计算程序适用于电机设计阶段的多方案比较,计算结果可靠、节省计算时间.本文分析了偏心对永磁同步电动机振动噪声源的影响,并推导出永磁同步电动机在静态偏心和动态偏心条件下法向电磁力的计算表达式以及振动噪声的特征频率表达式. 第三部分主要研究了永磁同步电动机瞬态声场的有限元计算方法,并对永磁同步电动机振动噪声源的试验特性进行分析.首先将实验得到的变频器供电时的定子电流进行频谱分析,并将时间谐波电流写成解析式的形式加载到定子绕组中,计算变频器供电时永磁同步电动机的三维运动磁场.再通过麦克斯韦定律将气隙磁密转换为法向电磁力加载到定子表面,并计算永磁同步电动机在变频器供电条件下的三维瞬态声场.极槽配合不同直接影响气隙磁场的谐波成分,进而影响电机声场的峰值频率.本文利用有限元方法计算分析了整数槽绕组和分数槽绕组对永磁同步电动机气隙磁场和二维声场的影响. 第四部分通过对永磁同步电动机振动噪声机理的分析以及振动噪声源特征频率表达式的推导,编制了永磁同步电动机振动噪声源识别程序.该程序通过对永磁同步电动机振动噪声信号的分析,可以识别出引起电机主要振动噪声峰值频率的振动噪声源,进而采取相应措施抑制电机的振动噪声. 永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分,在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用.永磁同步电动机以其显著特点广泛应用于中小功率传动场合,成为研究的重要领域.本文主要围绕如何提高永磁同步电动机的控制性能,借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统控制平台,对永磁同步电动机的磁场定向控制进行深入分析,并就磁场定向下的有位置传感器控制方法以及无传感器控制进行了研究.进而提出一种高精度的混合控制方法,对前文方法本身存在的不足进行了弥补与改善,更进一步提高了系统控制精度. 详细分析了电机在静止三相,静止两相以及旋转两相坐标系下的数学模型,深入讨论了基于磁场定向的矢量控制与直接转矩控制的原理与实现方式,为后续的研究奠定了基础.对五种矢量控制形式进行了阐述,对其各自的特点、适用场合、特性曲线进行了对比与分析.对直接转矩下的负载角对性能的影响及其与电磁转矩的关系进行了分析.最后通过仿真与实验重点对比了两种磁场定向控制方法的动态与静态控制性能,对两者的异同点作出了结论. 对神经网络在矢量控制中的应用进行了探讨,将多用于机器人控制的CMAC神经网络引入矢量控制,与传统PID调节器共同构建复合控制器对速度进行调节,小脑模型神经网络控制器实现前馈控制,通过训练获得非线性被控对象的逆动态模型,常规PID控制实现闭环反馈控制,保证系统的稳定性且抑止扰动,采用改进的Albus算法提高网络学习和收敛的速度,通过与单纯PID控制效果的对比,该方法提高了系统的动、静态性能与鲁棒性. 提出一种空间矢量转矩控制方法,其本质是基于空间矢量PWM调制的直接转矩控制,利用直接转矩控制中检测与估算的信号根据定子电压计算模型进行推导,得出定子电压的两相运动坐标系分量并合成定子电压.充分借助SVPWM连续调节的优点,回避了传统直接转矩控制通过六个离散的基本空间矢量对定子磁链及电磁转矩实施控制而造成的转矩与电流脉动.设计了空间矢量转矩控制的结构,并进行了仿真与实验研究,结果证明了该方法的有效性. 现代交流传动系统对其伺服控制的低速性能及精度提出了越来越高的要求,低速性能作为衡量伺服系统性能的重要指标引起人们的重视.本文详细分析了定子电流、摩擦力、齿槽效应以及控制系统本身等几个主要因素对电机低速性能造成的影响,并针对这些因素提出了相应的解决办法,提出一种基于给定转速改变调节器结构及参数的控制方案,能够有效减小因定子电流扰动、齿槽效应以及摩擦力带来的转速波动,并针对算法实现环节对低速性能的影响进行了补偿,有效提高了电动机的低速性能. 上述磁场定向下的控制方法均需依靠位置传感器进行,本文还对磁场定向下的无传感器控制问题进行了研究.对现有的一些无传感器控制方法作出归纳后,首先对无传感器控制中的电机转子初始位置检测问题进行了研究,分析了初始位置检测原理并提出一种基于渐变电压矢量注入的初始位置检测方法,仿真与实验研究证明了设计的有效性.重点对基于扩展卡尔曼滤波器的无位置传感器磁场定向控制方法进行了研究,分析了扩展卡尔曼滤波器的递推原理,首先在矢量控制中加以实现；并针对直接转矩控制的特点,设定不同的输入与输出量,利用同一种原理在不同控制方法下进行了新的尝试,由于卡尔曼滤波器不需要准确的初始值,所以解决了直接转矩控制对转子初始位置的要求,该方法实现了定子磁链和转子转速的估算,能够有效提高定子磁通观测的准确性,对电动机参数变化、负载扰动具有较强的鲁棒性. 为达到更高精度的控制性能,本文提出一种基于角变换的混合控制方法.在矢量图中定义了角并根据电磁转矩方程推导出最大电磁转矩对应的值,以此为基础分析了i_d等于0控制下电磁转矩、负载变化与角的关系.设计了基于角观测的混合控制方法,在不同情况下采取频率换向或位置换向的不同控制方式,并设计过渡控制消除两者切换造成的波动.推导了角的稳定工作范围并研究了不同控制方式的切换条件.仿真与实验结果证明了设计的有效性.在此基础上,本文设计了基于混合控制的PM*无传感器控制方法,充分考虑频率换向无需位置传感器的特点,使系统大部分时间运行在高精度的无传感器控制方式,仅在启动及负载突变时改用无传感控制模式下的位置换向方式,并将本文研究的基于卡尔曼滤波器的无传感器控制方法成功引入位置换向工作方式中,将混合控制良好的与无传感器控制融合起来.该方法在提高控制精度的基础上去除了位置传感器,并且降低了系统对非精确信号检测与计算的依赖,为永磁同步电动机的无传感器控制提出一种新的思路. 高压大功率电动机广泛应用于交通、港口、码头、钢铁、建材、石油、化工、冶金、煤矿等行业,是这些行业内风机、水泵、提升机、皮带运输机、起重机、窑磨等大型设备拖动的原动机.随着国民经济的发展,各行业领域使用的高压电动机容量越来越大,从几百千瓦到几万千瓦.目前,高压大功率电动机的数量在几千万台以上,并且逐年递增. 高压大功率电动机直接起动时产生的大电流对电网、电动机及拖动设备危害极大,易导致继电保护误动作、自动控制失灵等故障.使用软起动装置,可以避免电动机直接起动所造成的危害及影响.因此,电动机软起动装置工作时间虽短,但作用非常重要、不可或缺. 近年来,电动机软起动技术及装置受到越来越多研究者的关注,并且有很多重要成果被报道.这些成果各具特色,不仅具有重要的理论意义,而且对软起动技术及装置的实际应用也具有指导作用.然而这些电动机软起动技术及装置的成果仍有一定的局限性：第一,目前所提出的大部分成果,应用在高压大功率电动机软起动时,产生的起动电流虽然有所减小,但对电网造成的影响仍然较大；第二,目前大部分成果仅关注电动机起动过程中功率因数的变化,忽略起动过程中无功功率的动态补偿；第三,目前大部分成果仅考虑高压大功率电动机软起动时电流幅值限制,没有考虑起动过程中起动电流与起动时间的协调优化控制. 基于以上考虑,有必要进一步研究高压大功率电动机软起动方法及关键技术.在本论文中,从综合的观点考虑,针对不同的研究问题,分别引入相应的原理和技术,提出对应的综合设计方法和控制策略,进行深入的研究.本文主要研究内容如下： (1)针对电动机软起动限流问题,提出了自耦磁控软起动方法,构建了自耦磁控软起动器拓扑结构及等效数学模型,进一步减小了电动机起动从电网吸收的电流 本文对国内外高压大功率电动机软起动方法进行分析与比较,总结各种方法的优点与不足,立足于课题组多年的研究积累,结合自耦降压与磁控调压软起动技术优势,提出了自耦磁控软起动方法,该方法具有自耦降压与磁控调压双重特性,可进一步降低电动机起动时从电网吸收的电流.运用电磁场理论、电工理论及电机学原理,构建自耦磁控软起动器拓扑结构,建立了自耦磁控软起动器等效数学模型,研究了自耦磁控软起动器限流机理.通过对直接起动、自耦降压起动、白耦磁控起动方法的MATLAB仿真及分析,验证了自耦磁控软起动方法具有良好的限流效果. (2)针对电动机起动过程中功率因数较低问题,提出了软起动与无功功率动态补偿一体化方法. 本文在研究电动机起动过程中功率因数变化特性的基础上,分析了电动机起动过程中功率因数较低的原因.针对功率因数较低问题,提出了软起动与无功功率动态补偿一体化方法,研究了软起动过程中无功功率动态补偿方案及实现技术.构建了自耦磁控软起动与无功功率动态补偿一体化拓扑结构、研究了无功功率补偿量的计算方法及无功补偿量最优投切策略.通过MATLAB仿真,验证了在电动机软起动过程中进行无功功率动态补偿,可有效提高软起动过程中的功率因数,降低电网压降,减小电动机起动对电网的影响. (3)针对电动机软起动过程中限流与起动时间的协调控制问题,提出了自耦磁控软起动动态规划优化控制策略. 异步电动机起动系统是一个非线性多变量时变系统,通过对其数学模型的分析,阐述起动过程中电流及转矩振荡原因.在软起动控制过程中,常规控制策略往往只关注限制起动电流而忽略起动时间,容易因起动时间过长而引起热故障,造成起动失败.本文在分析电动机起动过程状态方程及电动机理想起动曲线的基础上,针对起动过程明显的时序性,提出了基于动态规划方法的异步电动机起动过程优化控制策略,在满足起动电流限制的前提下实现了起动时间最优控制.通过对软起动斜坡控制、恒流控制及动态规划三种控制方式的MATLAB仿真比较,验证了动态规划控制策略是可行的. (4)高压大功率电动机自耦磁控软起动器研制与试验 本文在研究自耦磁控软起动方法理论及技术的基础上,对高压大功率自耦磁控软起动器的方案、结构及原理进行了设计,并研制出21000kW/10kV高压大功率软起动器,通过挂网试验及运行,验证了本文理论及技术研究的正确性. 最后对全文进行归纳总结,并讨论将来进一步要做的工作. 稀土永磁电动机具有高效节能的显著优点,应用范围正日益遍及国防、航空航天、工农业生产和日常生活的诸多领域,发展潜力巨大.相较于电励磁电动机,稀土永磁电动机结构特殊且种类多样,传统的设计理论和分析方法已难以适应高性能电机研发的要求,需要综合运用多学科理论和现代设计手段,进行创新研究.传统设计模式得到的产品,在工况相对固定的应用场合,能够表显出良好的技术性能,但在复杂工况的场合下就表现出一些不足.因此,本文在电机和电磁场理论的基础上,结合实际工程应用问题,对永磁同步电动机的磁路结构设计、参数计算、性能分析和优化设计进行了系统的研究,提出了一种基于用户使用需求的全局化系统级综合匹配设计理念和方法.论文的工作主要集中在以下几个方面： 1、分别建立了正弦波和矩形波永磁同步电动机的数学模型,并分析了其主要工作特性.在此基础上,提出永磁同步电动机设计分析*性关键技术：转子磁路结构设计,电机参数与运行性能计算分析,运行性能改善和优化设计技术以及工程应用中电机系统的匹配设计. 2、开展了永磁同步电动机磁路结构设计研究.总结了主要磁路系数的计算方法,提出了永磁体可提供最大每极磁通面积的近似计算法,对典型转子磁路结构作了分析和比较.设计了低速大扭矩永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和异步起动永磁同步电动机,分析了各自转子磁路结构设计特点以及主要结构尺寸和基本磁路参数的计算方法. 3、从永磁体模型建立、空载与负载磁场计算、场路耦合分析等方面,研究了基于电磁场数值计算的永磁同步电动机性能分析方法.比较了电动机采用不同转子磁路结构时的齿槽转矩,以盘式永磁同步电动机为例分析了转子斜极对齿槽转矩抑制的效果；研究了电枢反应电抗及同步电抗电感参数的计算方法,分析了凸极和隐极结构的电动机电抗参数特点.基于场路耦合时步有限元法对一台两极异步起动永磁同步电动机设计实例进行了空载和负载起动的瞬态和稳态运行特性分析. 4、研究了永磁同步电动机的优化设计方法,基于电磁参数、目标函数和约束条件综合选取,提出了场路结合优化分析方法.对异步起动永磁同步电动机进行了优化设计,并分析了结构尺寸变化对电机性能的影响. 5、提出了一种基于用户使用需求的全局化综合匹配电机设计新理念,强调了区域性能分析对电动机设计的重要性.运用系统级的综合匹配设计方法对一台车用矩形波永磁同步电动机进行了设计、分析与方案优化,通过实验测试验证了样机设计分析的准确性. 对于电动机振动与噪声的研究,起源于上世纪40年代.主要是针对感应电动机、同步电动机和直流电动机的振动与噪声特性而展开的研究.而稀土永磁同步电动机是新兴的一种高效特种电机,对其振动与噪声特性进行全面和深入的研究却相当少.永磁同步电动机振动与噪声一直是困扰人们的难题,严重时可成为直接决定到该产品能否稳定运行的关键因素和能否满足标准限值的瓶颈.因此,该项研究可解决产品设计中的该项关键技术,促进科技、经济和社会的发展,加速形成国民经济的新的增长点. 由于永磁同步电动机(PM*)具有体积小、功率密度高、效率和功率因数高等明显优点,目前在电动汽车驱动系统中具有较高的应用价值,国内外学者在这方面的研究取得了不少成果.同时,伴随着电力电子器件和高速微控制器的发展,永磁同步电动机的控制理论研究和实践应用不断完善和提高,永磁同步电动机驱动系统将会有更广泛的应用前景. 本文在阅读大量文献的基础上,熟悉了永磁同步电动机dq轴数学模型和矢量控制系统,针对其弱磁控制,从转子磁场定向和气隙磁场定向两个方面进行了系统的分析和研究,并对驱动系统的控制器进行了仿真和设计.同时,对PM*基速以上弱磁控制时存在的电流调节器饱和、不可控问题,设计了带电压外环控制的电流超前角弱磁控制方法,实现了基速以下恒转矩调速和基速以上恒功率弱磁控制,以及两种工作模式的平滑、稳定过渡. 本文的主要内容包括:首先,在永磁同步电动机dq轴数学模型的基础上,分析了永磁同步电动机弱磁控制的原理,讨论了凸极率和弱磁率对PM*弱磁特性的影响,设计了PM*超前角弱磁控制方法,同时,对PM*气隙磁场定向的弱磁控制进行了分析,给出了系统控制原理图,在理论分析的基础上,利用MATLAB/SIMULINK对设计的PM*超前角弱磁控制方法进行了仿真验证,最后,简单介绍了基于DSP的数字控制系统的实现,针对PM*超前角弱磁控制系统提出了双模式软件设计思想,并给出了部分程序流程图. 提出一种基于转矩观测器的电动汽车内置式永磁同步