电动轮自卸车电传动系统仿真研究

论文摘要

大功率矿用自卸车等特种车辆大多采用电传动的驱动方式。如何做到发动机和电动机的功率匹配是电传动控制系统的核心问题。本文依据有限元的原理，采用Ansoft软件、Matlab软件并结合Simplorer软件对三次谐波励磁同步发电机系统空载和负载时的电磁场进行了联合仿真计算和深入的分析。这种研究方法为三次谐波励磁系统分析提供了一种新思路，也为三次谐波励磁发电机的设计和研究提供了坚实的理论基础和强有力的设计手段。本文首先介绍了大型矿用自卸车所用电传动系统的应用及研究，介绍了电动轮自卸车电传动系统即柴油发电机驱动同步发电机带直流电动机负载的基本原理及其控制性能，提出了本文的研究课题来源及核心内容。其次，引入了三次谐波励磁同步牵引发电机的电磁负荷设计方法，包括转子结构设计、定子绕组设计、谐波绕组设计，给出了谐波发电机的Ansoft/Maxwell2D软件分析流程图和样机的基本数据。利用Ansoft/Maxwell2D软件的图形用户界面方式和命令流方式对谐波励磁同步发电机进行建模、加载、求解及后处理。运用有限元分析软件对其进行了磁场分析，校核电磁设计方案的计算结果，验证磁路计算的有效性和准确性。接着，介绍了直流电动机的感应电动势及其电磁转矩的产生；论述了他励直流电动机的三种调速方法：电枢回路串电阻调速、降低电源电压调速以及减弱磁通调速；介绍了调速方式与负载性质的匹配；提供了直流牵引电动机的基本参数。最后，给出了谐波励磁发电机系统的励磁调节器设计方法。引入了直流电动机场路耦合仿真技术，对同步发电机谐波励磁特性进行电磁场分析。在联合仿真软件Simplorer下结合Simulink和Maxwell2D软件对谐波励磁同步发电机带纯电阻负载和直流电动机负载进行了控制性能的联合仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 电动轮自卸车电传动系统的基本原理
• 1.1.2 谐波励磁基本原理
• 1.1.3 自卸车谐波励磁的特点
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 同步发电机励磁方式的发展
• 1.2.2 电机磁场计算与运行仿真
• 1.3 本研究课题的来源及主要研究内容
• 第2章 谐波励磁同步发电机电磁设计及有限元分析
• 2.1 电磁设计分析方法
• 2.2 电机电磁设计内容和一般步骤
• 2.3 定子绕组设计
• 2.4 工作特性计算
• 2.4.1 凸极同步发电机的电压方程和相量图
• 2.4.2 同步发电机的功率方程和电磁转矩方程
• 2.5 电机二维电磁场基本理论
• 2.6 二维有限元计算方法
• 2.6.1 有限单元法的基本思想
• 2.6.2 有限元法的实施步骤
• 2.7 有限元分析软件 Maxwell 2D
• 2.8 有限元计算及结果分析
• 2.8.1 电机几何模型建立
• 2.8.2 网格剖分
• 2.8.3 电机空载仿真分析
• 2.8.4 电机负载特性仿真分析
• 2.9 本章小结
• 第3章 他励直流电动机的调速方法与负载匹配
• 3.1 直流电动机的感应电动势和电磁转矩
• 3.2 调速指标
• 3.2.1 技术指标
• 3.2.2 经济指标
• 3.3 电枢回路串电阻调速
• 3.4 降压调速
• 3.5 弱磁调速
• 3.6 调速方式与负载的匹配
• 3.6.1 调速方式
• 3.6.2 调速方式与负载性质的匹配
• 3.7 直流牵引电动机
• 3.8 本章小结
• 第4章 电动轮自卸车电传动系统的励磁系统研究
• 4.1 同步发电机励磁系统
• 4.2 控制策略
• 4.2.1 PI 控制器设计
• 4.2.2 恒功率牵引运行励磁控制
• 4.3 本章小结
• 第5章 场路耦合仿真研究及结果分析
• 5.1 直流电动机场路耦合仿真
• 5.1.1 场路耦合仿真技术
• 5.1.2 仿真环境
• 5.1.3 脉冲发生模块
• 5.2 谐波发电机带纯电阻负载控制性能仿真
• 5.3 谐波发电机带直流电动机负载控制性能仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B.1 总体仿真模型图
• 附录 B.2 发电机带纯电阻负载仿真模型图
• 附录 B.3 负载为一台 500kW 直流电动机仿真模型图
• 附录 B.4 负载为两台 500kW 直流电动机仿真模型图
• 致谢