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永磁姿控动作器及其动态特性分析

作　者: 薛晓晶
导　师: 李勇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁发电机姿态控制温度场设计优化
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

永磁发电机的电磁转矩是制动转矩。本文中以永磁发电机作为动作器,利用其制动作用稳定水流中的管状仪器系统。针对该发电机特定的工作背景,本文从发电机的本体和系统的控制两个方面进行了研究。在动作器的本体设计中,针对其特殊的工作环境,分析了系统的工作原理,给出了发电机的总体设计方案,介绍了发电机结构的设计特点。分析了发电机中几个重要参数对反电势系数及电磁转矩的影响,并且用理论分析和有限元计算结合的方法对它们进行了优化选择。利用有限元软件ANSOFT对电机进行了分析计算,包括电机的空载磁场、相电感以及一定条件下的电磁转矩等。分析了电机铜耗和定子铁心损耗,在此基础上利用ANSYS分析了电机定子的温升,验证了所设计的电机在稳态运行时的温升不超过允许值,绕组的绝缘等级满足温升限值。针对管状仪器稳定系统的运行原理,建立了基于Simulink的系统控制模型,仿真分析了在给定量恒定和变化两种情况下,发电机的电磁转矩随水速的变化情况。验证了该控制系统模型可以满足实际需要。设计了满足控制系统要求的硬件电路,并对控制系统进行了模拟实验,并采用实验的方法对发电机进行了参数和性能测试。实验表明所设计的控制系统可行,发电机满足性能要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-15
  1.1 永磁同步电机简介  7-12
    1.1.1 永磁同步电机的结构形式  7-10
    1.1.2 永磁同步电机的发展成果及展望  10-12
  1.2 永磁同步发电机的特点及应用  12-13
  1.3 课题的研究背景及意义  13
  1.4 本文研究的内容及结构安排  13-15
第2章姿控动作器的理论分析与设计计算  15-34
  2.1 引言  15
  2.2 姿控动作器系统运行原理分析  15-16
  2.3 姿控动作器的总体设计  16-20
    2.3.1 总体设计方案  16-17
    2.3.2 动作器的结构及主要尺寸  17-18
    2.3.3 姿控动作器负载结构选择  18-20
  2.4 基于ANSOFT的姿控动作器的参数优化  20-29
    2.4.1 姿控动作器的ANSOFT模型  20-23
    2.4.2 气隙长度的优化  23-24
    2.4.3 铁心长度的优化  24-26
    2.4.4 导线线径的选择  26-28
    2.4.5 姿控动作器的齿槽配合优化  28-29
  2.5 姿控动作器的电磁场计算  29-33
    2.5.1 空载磁场的计算  29-30
    2.5.2 相电感的计算  30-32
    2.5.3 电磁转矩的计算  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章姿控动作器定子的损耗与温度场计算  34-41
  3.1 引言  34
  3.2 电机温度的计算方法  34-36
    3.2.1 热路法  34-35
    3.2.2 数值计算法  35-36
  3.3 温度场中定子损耗的计算  36-38
    3.3.1 基本铜损  36
    3.3.2 定子铁心损耗  36-38
  3.4 基于ANSYS的动作器定子的三维温度场计算  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章姿控动作器的控制系统设计及仿真  41-49
  4.1 引言  41
  4.2 姿控动作器的控制系统的结构  41-42
    4.2.1 控制系统的一般结构  41-42
    4.2.2 姿控动作器控制系统的结构  42
  4.3 基于Simulink的姿控动作器控制系统的仿真  42-48
    4.3.1 永磁同步发电机的模型  42-44
    4.3.2 姿控动作器控制系统的仿真模型  44-45
    4.3.3 姿控动作器控制系统的仿真结果  45-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章姿控动作器及控制系统的实验研究  49-60
  5.1 引言  49
  5.2 控制电路模拟实验  49-53
    5.2.1 控制电路简介  49-51
    5.2.2 模拟电路实验结果  51-53
  5.3 姿控动作器测试实验  53-59
    5.3.1 参数测试  53-54
    5.3.2 性能测试  54-59
  5.4 本章小结  59-60
结论  60-61
附录  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

永磁姿控动作器及其动态特性分析

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