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异步伺服电机的设计

作　者: 张猛
导　师: 李光友; 肖维荣
学　校: 山东大学
专　业: 电机与电器
关键词: 伺服系统异步伺服电机动态性能电机设计
分类号: TM383.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

异步电机本身结构坚固、价格便宜、加工方便的特点,使异步电机作为提供动力的电机,广泛应用与各行各业；但是,由于前些年对异步电机动态数学模型和控制方面未解决的问题一直存在,使的异步伺服系统的研究很缓慢。近些年来,随着异步伺服系统的难点问题逐渐被解决,和稀土永磁材料的减少,异步伺服系统已经获得了长足的发展,在未来的控制领域,异步伺服系统将会占据一席之地,对异步伺服电机的研究和设计将会成为一大热点。本文围绕异步伺服电机的设计和控制做了以下工作：(1)综述了伺服系统的概念、发展和分类,指出了异步伺服的自身特点、应用范围和发展现状；(2)简要介绍异步伺服电机的工作原理；给出了异步电机在稳态T型电路和在MT坐标系下的动态模型,阐述了两者之间的联系,并给出了基于MT坐标系下数学模型的两种控制系统。(3)基于MT坐标系下的数学模型,将异步电机的动态过程分成两个方面：励磁和调速。首先分析了异步电机励磁的动态过程,探索了加快此动态过程的方法；又分析了异步电机的调速过程,提出了影响电机调速的两个因素,分别探究了两个因素对电机动态性能的影响,并基于这两个参数,给出了异步伺服电机设计的限制条件,用以指导异步伺服电机的设计。(4)基于以上分析,针对异步伺服电机,从电磁设计、绝缘设计、结构设计等方面阐述了异步伺服电机设计中应该注意的问题。(5)简要介绍了永磁同步伺服电动机的特点。并从稳态性能、动态性能和成本与造价方面比较了两种电机,指出了异步伺服电机的特点、优势和应用前景。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第1章绪论  13-18
  1.1 研究背景  13-15
    1.1.1 伺服系统的定义、组成与分类  13
    1.1.2 伺服系统的发展  13-14
    1.1.3 交流伺服系统的分类和发展  14-15
  1.2 异步伺服系统的研究和发展现状  15-16
    1.2.1 控制方面的研究  15
    1.2.2 异步伺服电机的研究和前景展望  15-16
  1.3 本课题研究内容  16-18
第2章异步伺服电机的工作原理、数学模型和控制系统  18-36
  2.1 异步伺服电机的基本工作原理  18
  2.2 异步伺服电机的稳态模型分析  18-20
  2.3 异步伺服电机的矢量控制模型分析  20-27
    2.3.1 ABC坐标系下异步电机的动态数学模型  20-22
    2.3.2 αβ坐标系下异步电机的动态数学模型  22-23
    2.3.3 dq坐标系下异步电机的动态数学模型  23-24
    2.3.4 MT坐标系下异步电机的动态数学模型  24-27
  2.4 异步电机稳态模型和矢量控制模型的参数关系与对比  27-31
    2.4.1 磁链关系  27-28
    2.4.2 电感和电阻的关系  28-30
    2.4.3 电流关系  30-31
  2.5 基于异步电机矢量模型的控制系统  31-35
    2.5.1 转差型矢量控制系统  32-33
    2.5.2 直接矢量控制系统  33-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章提高异步伺服电机动态性能方法的探讨  36-64
  3.1 异步电机的励磁  36-42
    3.1.1 励磁过程分析  36-38
    3.1.2 加快励磁过程的方法  38-42
  3.2 异步电机的调速  42-50
    3.2.1 异步电机在T轴阶跃电压下的调速过程分析  42-46
    3.2.2 T轴电流调节下的调速过程分析  46-50
  3.3 异步伺服电机的调速仿真实验  50-63
    3.3.1 实验样机和SIMULINK仿真模型  50-51
    3.3.2 机电时间常数T_m对电机的影响  51-56
    3.3.3 电气时间常数T_a对电机的影响  56-59
    3.3.4 观察电机的恒转矩、恒功率调速、突然加减负载及频繁加减速等  59-63
  3.4 本章小结  63-64
第4章异步伺服电机的设计  64-78
  4.1 异步伺服电机电磁设计  64-68
    4.1.1 基本尺寸的确定  64-65
    4.1.2 定转子槽数、槽型和极对数的选择  65-66
    4.1.3 气隙长度的选择  66-67
    4.1.4 齿宽和轭高的设计  67
    4.1.5 提高电机动态性能采取的措施  67-68
  4.2 异步伺服电机的绝缘设计  68-69
    4.2.1 绝缘结构  68
    4.2.2 绝缘规范  68-69
  4.3 异步伺服电机的结构设计  69-73
    4.3.1 各部分的功能  69-70
    4.3.2 各部分之间的配合  70-73
  4.4 异步伺服电机的计算机辅助设计  73-77
    4.4.1 计算程序介绍及计算实例  73-77
    4.4.2 本程序计算数据与Ansoft Maxwell计算数据的对比  77
  4.5 本章总结  77-78
第5章永磁同步伺服电机的特点及与异步伺服电机的比较  78-82
  5.1 从稳态性能方面的比较  78-79
    5.1.1 从磁场产生方面的比较  78
    5.1.2 从转矩脉动方面的比较  78-79
    5.1.3 从电机发热的情况比较  79
  5.2 从动态性能方面的比较  79-81
    5.2.1 从磁场建立的动态过程看  79-80
    5.2.2 从调速的动态过程来看  80
    5.2.3 从控制方面来看  80-81
  5.3 从使用寿命和生产成本上比较  81
  5.4 本章总结  81-82
第6章全文总结  82-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
附录  87-93
学位论文评阅及答辩情况表  93

异步伺服电机的设计

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