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盘式电机的变频器研究

作　者: 王峰
导　师: 张奕黄
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: SVPWM Simulink 盘式电机数学模型
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

1821年,法拉弟发明了世界上第一台盘式异步电动机。因为它的绕组沿着盘状电枢铁心在径向放置,所以会产生沿轴向的气隙磁通,轴向磁场电机也因此得名。但在当时此种电机的定转子铁心的制造又十分的困难,并且会造成齿槽宽度分布的不均；还有就是在运行时定转子之间会产生很大的轴向电磁吸力,使轴承的效率降低,负荷增大,寿命缩短,并且机械损耗也增加。所以在柱式异步电机出现以后,盘式电机就受到了冷落。一百多年来,柱式电机一直具有很明显的优势。但是径向磁场电机也存在一些固有缺点,比如齿根处有狭窄的“瓶颈效应”,转子铁心利用率不高,转子的散热条件也不好等问题,就要求从外形上加以改进,从而促进电机的进步。特别是在铁心材料的利用上面,柱式电机仅仅能达到70%-75%,而盘式电机就可以达95%以上。于是盘式电机就再度受到了重视。随着人民生活水平的提高和现代工业的发展,对电气器具及电机提出了薄型化及小型化的要求。结构扁平的特点使得盘式电机近年来又迅速的发展起来,并且有广泛应用的趋势。特别是在计算机的定转子铁心自动冲卷机的问世后,盘式电机制造的关键工艺装备问题得到了解决,使其多种结构设计及批量生产成为了可能,因而也同时促进了盘式电机的推广和应用。本文通过对盘式电机进行分析,建立了盘式电机的T型等效电路和在不同坐标系下的数学模型,并在Simulink中使用两种不同的方法对盘式电机进行仿真分析,得到了较为理想的结果。在硬件方而首先设计了逆变器的驱动电路板,控制电路应用三星的TE2440-Ⅱ,整个硬件系统运行可靠。并且给出了各种重要元器件的参数计算。在软件设计方面首先选择了SPWM的设计方法,然后给出了ARM的控制程序。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-16
  1.1 盘式电机的发展情况及研究现状  10-11
  1.2 变频器和PWM控制技术  11-13
  1.3 课题意义  13-16
2 盘式异步电机的恒压频比控制和矢量控制仿真  16-30
  2.1 盘式电机的结构特点和概况  16-17
    2.1.1 盘式电机的概况与特点  16
    2.1.2 盘式感应电机的结构特点  16-17
  2.2 第一类横向边端效应的处理  17-18
  2.3 第二类横向边缘效应的处理  18-20
  2.4 T型等效电路的建立  20-22
  2.5 恒压频比控制仿真  22-25
  2.6 SPWM逆变电路  25-30
3 盘式电机的矢量控制仿真  30-44
  3.1 坐标变换  30-34
    3.1.1 三相静止到两相静止的变换  31-33
    3.1.2 静止两相-旋转正交变换  33-34
  3.2 盘式电机不同坐标系下的数学模型  34-35
  3.3 空间矢量PWM技术  35-40
  3.4 MATLAB/Simulink搭建的仿真模型  40-44
4 系统总体方案和电源驱动板的设计  44-54
  4.1 主回路的设计  44-46
  4.2 整流电路和滤波电路的设计  46-47
  4.3 主开关管的选择和计算  47-51
    4.3.1 IPM的参数计算及型号确定  47-50
    4.3.2 IPM自保护的特点  50-51
  4.4 IPM驱动电路的设计  51-52
  4.5 封锁PWM控制信号保护  52-54
5 控制板的设计  54-62
  5.1 TE2440-Ⅱ开发板硬件资源  54-56
  5.2 硬件资源分配  56-60
    5.2.1 地址空间分配以及片选信号定义  56-57
    5.2.2 系统存储器  57-58
    5.2.3 JTAG及复位逻辑  58-59
    5.2.4 复位电路  59-60
  5.3 TE2440-Ⅱ支持的操作系统  60-62
    5.3.1 硬件层  60
    5.3.2 OEM层  60-61
    5.3.3 操作系统层  61
    5.3.4 应用层  61-62
6 软件的设计  62-72
  6.1 PWM技术简介  62-63
  6.2 SPWM算法原理  63-72
    6.2.1 SPWM的软件生成法  65
    6.2.2 自然采样法  65-67
    6.2.3 规则采样法  67-72
7 实验装置及结果  72-76
  7.1 实验装置  72-73
  7.2 实验结果  73-76
8 结论  76-78
参考文献  78-80
作者简历  80-84
学位论文数据集  84

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