永磁姿控动作器及其动态特性分析

论文摘要

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。

论文目录

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