多足式微型直线超声电机定子的设计与仿真

针对小空间、低电压、大驱动力的应用需求,提出了一种基于单弯曲振动模态的多足直线式微型超声电机。根据超声电机的驱动原理对定子结构进行设计,利用有限元软件ANSYS Workbench建立定子的动力学仿真模型,对定子进行结构优化及动力学分析,确定定子最终尺寸为8 mm×1 mm×0.6 mm,定子实测B3,B4模态谐振频率与仿真相比误差分别为6.99%和5.46%。最后,建立电机定、动子之间的非线性仿真接触模型,验证了超声电机双向驱动的可行性。搭建微型直线超声电机驱动性能测试装置。实测结果表明:当驱动电压为60 Vpp时,最大空载速度为53.3 mm/s、最大负载为43.3 mN,推重比达280。该微型超声电机原理可行、结构简单紧凑,具有良好的输出性能,在光学系统、精密定位系统和移动终端等精密驱动领域有着广阔的应用前景。

基于FPGA生成SPWM控制波的逆变电路设计

在直流电源给交流电动机供电的场合,为了降低输入交流电对电动机的谐波影响、满足不同电动机对不同频率输入电压的需求,要求设计输出理想正弦波、输出电压频率可调的逆变电路。基于FPGA和直接数字式频率合成技术生成SPWM控制波的方法,并考虑降低开关损耗,设计了单相桥式逆变主电路、电压抬升和死区时间形成电路、IR2110驱动电路、开关管保护电路,最终制作实物并用示波器展示开关管驱动信号、不同频率的输出电压波形。测试结果验证了本设计生成的SPWM控制波的有效性、可输出理想的正弦波、输出电压的频率可调且达到1kHz,降低了逆变电路对电动机的谐波影响,适用于需要不同输入电压频率的电动机,进而为直流供电电动机变频调速提供了新思路。

旋转变压器电气参数综合检测平台的开发

搭建及开发了一种高效、高精度旋转变压器电气参数综合检测平台。该平台以旋转变压器的国家标准规定的技术为准则,基于高精度和高效的角度识别电机及数据处理核心PICO5442DMSO示波器硬件架构,在MATLAB平台下,实现了旋转变压器的电气角度误差、零点误差、变压比、阻抗、相位移、谐波分量等参数的实时检测。该平台具有高效、高精度和高稳定性,可广泛适用于旋转变压器的研究、开发、生产的环节。

三端直流系统电压控制策略分析及测量异常故障定位方法研究

鉴于南网各回直流曾多次发生直流电压测量异常故障,本文以禄高肇三端直流系统为例,着重介绍直流电压控制策略,并采用RTDS仿真系统对直流电压测量异常进行仿真,分析电压测量异常时控制系统的响应情况,通过大量的仿真研究,全面梳理了直流电压控制响应策略,总结了电压测量异常时的故障现象及处置方法,对现场运维工作具有一定的指导价值。

电动汽车用六相永磁容错电机的分析和设计

为需满足容错电机各相绕组间的电隔离、物理隔离、磁隔离、热隔离,设计分析、设计一种采用分数槽集中绕组的电动汽车用六相永磁同步容错电机。通过磁动势谐波分析,提出一种新的极槽配合方案以减小因采用集中绕组而带来的永磁体涡流损耗,同时降低了转子极对数,减小了定子铁心损耗。通过分析集中绕组电机产生转矩波动的原因,以及相间解耦后dq0变换下的电感矩阵,确定容错电机的转子设计形式。最后给出整体的电机设计方案和性能参数。

电动汽车用五相永磁同步电机的容错控制策略

针对多相永磁容错电机在故障状态下输出转矩波动比较大这一问题,提出一种旨在减小电机在故障状态下转矩波动的最佳电流控制策略。通过电机的转矩波动向量图对电机在不同故障状态下的转矩波动进行分析,计算出电机在故障状态下的输出转矩,以转矩波动最小为目标计算出电机剩余相的补偿电流。通过联合仿真的方式对所提出的最佳电流控制策略进行验证,研究结果表明,采用以转矩波动最小为目标的最佳电流控制策略,电机在故障状态下的转矩波动降低50%以上。

振动式微型发电机的研究进展

振动能量采集系统可广泛应用于为无线传感器节点和低功耗电子设备供电。振动式微型发电机是振动能量采集系统中的关键部件,可分为电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式和复合式等类型。综述了振动式微型发电机结构、形式、以及理论仿真模型的最新进展,分析了振动式微型发电机面临的困难和发展趋势。

带阻尼绕组的多相大功率推进永磁同步电动机绕组参数的测量和计算研究

为了充分考虑磁场各次谐波的作用 ,方波推进电动机一般采用相绕组回路的数学模型 ,模型中绕组参数的测量和计算较为复杂 ,其中带阻尼绕组的多相永磁同步推进电动机的绕组电感测量和计算尤为困难。本文在分析了无阻尼绕组多相永磁同步电动机绕组参数测量的基础上 ,提出了测量带阻尼绕组的多相永磁同步电动机电枢绕组参数的相关分析脉冲响应法 ,该方法将确定电动机参数的问题转化为对系统传递函数系统的辨识问题。

舰船电力推进电机性能剖析

介绍了综合电力推进的概念、研究发展动态以及舰船电力推进电机的特殊性能要求,剖析了先进感应电机、轴向磁通永磁电机、横向磁通永磁电机、高温超导电机等高性能推进电机的性能特点、拓扑结构及关键技术.在分析推进电机研究应用现状的基础上对其未来发展进行了展望.

永磁同步电机转矩脉动抑制方法研究

针对由电流谐波导致转矩脉动而影响电机性能的问题,课题组建立了谐波转矩模型,同时基于三相瞬时无功功率理论结合PI控制搭建了谐波抑制模块,并以谐波电流环的方式并入控制系统实现抑制电流谐波和降低转矩脉动的目的。仿真结果表明:将谐波抑制模块加入到永磁同步电机矢量控制系统后,永磁同步电机定子端相电流波形的正弦度提高,各次谐波失真率均有所降低,转矩脉动受到抑制。该研究为永磁同步电机的转矩脉动抑制提供了一种有效方法。

带阻尼绕组的多相同步推进电机空载特性及其绕组参数的计算研究

凸极式同步推进电机的空载特性及其绕组参数与电机结构、定转子齿槽、磁场饱和等紧密相关.文中通过对多相同步推进电机电磁场数值计算,得到了电机反电势表达式,提出了相绕组参数的计算方法.并对十八相同步推进电机的绕组参数及其空载特性进行了计算和测量,结果表明。

哈密顿体系下机电耦合问题的基本方程

利用多变量变分原理,针对具有机电耦合特性的压电材料,在哈密顿体系下推导出了机电耦合问题的对偶方程,求出了问题的零本征解和非零本征解的一般表达式。并就“二维压电平板对边受均布载荷”这一具体问题进行了完整的分析计算,得出了应力和电位移的具体解答,结果与一般弹性力学所得的结论相吻合,而且精度极高。表明哈密顿体系适用于压电材料的力学分析。

无刷双馈电机的转子结构优化设计

分析了无刷双馈电机的运行原理,介绍了电机的定、转子结构的设计方法。以一台(6+2)极的普通凸极转子无刷双馈电机为例,采用田口法对电机转子结构进行优化设计,通过信噪比分析得到了电机转子结构设计中的一些基本结论。有限元电磁场仿真分析结果证明了田口法的有效性和正确性。

十二相同步电机空载特性及其绕组参数计算

针对凸极式同步推进电机的空载特性及其绕组参数与电机结构、定转子齿槽、磁场饱和等紧密相关的问题,分析了在不同励磁电流下同步推进电机相反电势的数值计算方法,提出了采用电机磁场能量微动法计算相绕组的参数,并对一台十二相同步推进电机的绕组参数及其空载特性进行了计算和测量。结果表明,提出的方法适用于分析多相同步推进电机的空载特性和绕组参数。

单片微型机控制无换向器电动机调速系统

无换向器电动机是一种新型的可调速电机,其调速性能优于直流调速系统。文中论述无换向器电动机调速系统转子磁极位置的检测、逆变器的自控或换流、四象限运行控制、闭环控制及用单片微型机实现其控制的方法。

盘式永磁同步电机永磁体内涡流的有限元分析

钕铁硼是采用最多的永磁体材料,虽然性能令人满意,但电导率高,耐热性差;并且由于转子散热能力差,涡流会使永磁体发热升温,从而导致部分不可逆的退磁,因此很有必要对永磁体内的涡流进行分析。针对盘式永磁同步电机自身的特点,通过二维电磁场有限元法分别求解了空载和负载时电机内的磁场和永磁体内的涡流,其中包括有铁心电机由于齿槽的存在而引起的涡流和不同电机运行速度下的涡流。为了考虑电机的运动效应和使计算结果更加精确,采用了瞬态分析,同时在划分单元时考虑了磁场的透入深度。最后根据瞬态计算出的数据绘出了磁矢位和涡流波形。波形分析得出了影响永磁体内涡流的因素以及应采取的措施。

直线超声电机特性测试系统的设计及试验

针对现有直线超声电机特性测试系统存在的测试精度低、功能单一和自动化程度低的问题,笔者设计了一种直线超声电机特性测试系统,主要由电机驱动模块、数据采集模块和测试控制及数据处理模块3部分组成。电机驱动模块以STM32F429微控制器为核心,可方便实现对驱动信号的电压、相位以及频率等参数调节;数据采集模块主要由位移传感器、拉压力传感器和高速数据采集卡组成;测试控制数据处理模块主要由PC机实现。利用该系统对一种蝶形直线超声电机的机械特性和瞬态特性进行了测试,结果表明:该系统可很好地实现对直线超声电机的特性测试,而且操作简便,易于扩展。

旋转式微发电机的设计与制造

为了实现旋转式微发电机对微系统的持续供电,研究了旋转式微发电机的设计、制造以及实验方法。首先,设计了具有单转子和单定子的三相、永磁同步微发电机模型。使用传统的磁路分析法得出了微发电机气隙磁密和感应电动势的表达式,确定了微发电机的主要设计参数。对模型进行有限元分析,得到了感应电动势波形。然后,利用精密加工技术加工了转子和定子各构件,并装配成为尺寸为(Φ7×2)mm3的微发电机样机。最后,通过实验得出了微发电机在不同气隙厚度和不同转速下的感应电动势。实验结果显示,在气隙厚度为300μm,转子转速为10kr/min时,微发电机的一相感应电动势峰峰值为26.2mV;当接入0.23Ω的对称负载时,三相输出功率为357.3μW。结果表明,微发电机输出结果比较理想,有望作为微系统的电源装置。

线绳驱动转速提升式低频俘能器的设计与研究

俘获周围环境中丰富的低频机械能对减少废旧电池数量、实现自维持传感器、降低传感器网络的使用和维护成本等具有重要意义,但传统的振动型俘能器对低频机械能的俘获效果不佳.为了有效收集周围环境中的低频机械能,本文提出一种线绳驱动、具备转速提升功能的电磁式俘能器,首先借助线绳驱动转轴结构将低频振动转换为双向旋转运动,再通过刚度自动改变的拨片和磁齿轮将双向旋转运动转换为转速更高的单向旋转运动,从而提高输出功率.对所提出的俘能器建立了机电耦合动力学模型,并通过样机制作和实验测试证实了理论模型的正确性.实验研究表明,在激励幅值40 mm和激励频率2 Hz的条件下,通过本文设计制作的2.5倍转速提升功能的磁齿轮,可将线绳驱动电磁式俘能器的最大输出功率增加至7.82 mW,比对应的无磁齿轮提升转速的线绳驱动电磁式俘能器的最大输出功率(3.22 mW)高约143%.在相同的激励条件下,制作的俘能器的交流电能经过桥式整流器转换为直流后,可在1.2 s内将220μF储能电容器的电压从0 V提升至1.5 V.在低频、不规则的振动激励下,所制作的俘能器仍可提供0.35 m W的输出功率,为设计高性能低频俘能器提供一条可行的解决方案.

基于改进粒子群算法的微直线电机动子位置辨识策略研究

本文针对一种新型平面结构的微直线电机展开研究,在分析其平面结构及其工作原理的基础上,探索新型电机内部电磁耦合对动子位置检测精确度的影响。基于新型微直线电机动子结构物理模型推导动子纵向磁场强度,并通过有限元仿真分析验证理论推导结果。利用隧道磁阻传感器监测磁场强度,本文提出一种基于纵向磁场检测的动子位置辨识策略,并采用改进粒子群算法减小动子辨识误差。最后,搭建基于隧道磁阻传感器的微直线电机测试平台进行实验研究,新型微直线电机的定位控制精确度小于30μm,实验结果验证了本文提出的动子位置辨识策略和误差校正方法的准确性和可行性。