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無(wú)位置傳感器bldc換相檢測(cè)方法研究畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料

2025-07-04 20:34本頁(yè)面
  

【正文】 ) 可以看出,未導(dǎo)通相繞組端電壓等于中性點(diǎn)電壓的時(shí)刻,就是未導(dǎo)通相繞組反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻。本小節(jié)采用第 3 種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法進(jìn)行位置檢測(cè),下面簡(jiǎn)單敘述其工作原理。這種方法消除了因?qū)π盘?hào)濾波而引起的移相誤差。這種方法由于引入了低通濾波器,因而會(huì)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)產(chǎn)生移相,并且電機(jī)轉(zhuǎn)速不同,低通波器對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的移相不同,因此,檢測(cè)到的過(guò)零點(diǎn)信號(hào)存在著因?yàn)V波電路移相而產(chǎn)生的誤差。最常用的是將端電壓經(jīng)過(guò)低通濾波,然后與由 3 個(gè)星形連接的對(duì)稱電阻構(gòu)成的虛擬中性點(diǎn)進(jìn)行比較,得到具有移相 90186。圖 無(wú)刷直流電機(jī)橫截面 Fig The cross section of BLDC motor 反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)與誤差分析 反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法 在綜合分析和比較了各種無(wú)位置傳感器位置檢測(cè)技術(shù),并考慮系統(tǒng)的可靠性、技術(shù)成本和成熟性等問(wèn)題后,本系統(tǒng)的位置檢測(cè)采用反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法。轉(zhuǎn)子(等效為一個(gè)條形的磁體)被加了電壓的定子相所吸引,因此產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。通常,反電勢(shì)為正弦波的電機(jī)叫做永磁同步電機(jī),反電勢(shì)為方波或梯形波的電機(jī)稱為無(wú)刷直流電機(jī)。定子結(jié)構(gòu)與普通的同步電機(jī)及異步電機(jī)相同,鐵心中嵌放對(duì)稱多相繞組,繞組可結(jié)成星形或三角形;轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)。 第三章 無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制與換向分析 無(wú)刷直流電機(jī)是近年來(lái)隨著電力電子器件及新型永磁材料而迅速發(fā)展成熟的一種新型電機(jī)。方波電流應(yīng)與反電勢(shì)相位一致或位于梯形波反電勢(shì)的平頂寬度范圍內(nèi)。導(dǎo)通型逆變器相匹配,由逆變器向方波電動(dòng)機(jī)提供三相對(duì)稱的、寬度為 120 176。電角度。 對(duì)于星形連接、兩兩導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),方波氣隙磁密在空間的寬度應(yīng)大于 120 176。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時(shí),電動(dòng)機(jī)定子上的電樞繞組在空間切割磁力線,產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型對(duì)于徑向激磁結(jié)構(gòu),稀土永磁體直接面對(duì)均勻氣隙,由于稀土永磁體的取向性好,所以可以獲得具有較好方波形狀的氣隙磁場(chǎng),其理想波形如圖 26 所示。在換相過(guò)程中,定子繞組電流在空間內(nèi)所形成的合成磁場(chǎng)不是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),而是一種跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),每個(gè)步進(jìn)角度為 60 176。 依此類推,轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蛎哭D(zhuǎn)過(guò) 60 176。再經(jīng)過(guò)30186。在合成磁勢(shì)的作用下,轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)過(guò)30186。轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30186。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30186。 假設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖 25 中所示的位置時(shí),通過(guò)位置檢測(cè),控制器輸出控制信號(hào)使功率開(kāi)關(guān)管、導(dǎo)通,即繞組 A、 C相通電,電流流通路徑為:電源正極→管→ A相繞組→C 相繞組→管→電源負(fù)極,電樞合成磁勢(shì)為。 按照上述假定,該無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置、功率管觸發(fā)邏輯和定子繞組反電勢(shì)波形關(guān)系如圖 25 所示。同時(shí),假設(shè)三相定子繞組電流從 A 、 B、C流入,x、 y 、z流出,符合右手螺旋定則的磁場(chǎng)方向?yàn)檎?。在圖 24 所示的電路中,各功率管按、…的順序?qū)ā?電角度換相一次,每次一個(gè)功率管換相,每相繞組導(dǎo)通 120 176。在圖 29 所示電路中,各功率管按、…的順序?qū)?。電角度換相一次,每次一個(gè)功率管換相,每個(gè)功率管通電 180 176。導(dǎo)通方式)。 三相全控運(yùn)行方式因同時(shí)導(dǎo)通的繞組數(shù)不同可分為兩兩導(dǎo)通方式 (也稱為 120176。三相全控運(yùn)行方式具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,繞組利用率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛采用。 三相星形繞組的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與167。本論文研究的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組采用三相星形連接結(jié)構(gòu)。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 在結(jié)構(gòu)上,無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的本體和永磁同步電動(dòng)機(jī)相似,但是沒(méi)有籠型繞組和其他起動(dòng)裝置。處于無(wú)位置傳感器工作方式時(shí),通過(guò)變換電動(dòng)機(jī)的可測(cè)量量得到轉(zhuǎn)子位置信息。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)處于有位置傳感器工作方式時(shí),轉(zhuǎn)子位置信息由傳感器提供,傳感器的種類和組成在167。如圖 23 所示為三相橋式電路與星形繞組電動(dòng)機(jī)連接的示意圖。三相橋式換相電路中功率器件的使用效率高,可以與各種繞組連接形式的電動(dòng)機(jī)配合使用。功率邏輯開(kāi)關(guān)單元是控制電路的核心,其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組,從而使電動(dòng)機(jī)輸出持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。 本論文所使用的樣機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子磁鋼使用表面貼裝方式安裝,磁鋼采用稀土永磁材料,定子繞組為三相星形連接。 按定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的不同,無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)可以分為內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型,圖 22(a)、(b)所示分別為兩種類型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。其原理圖如圖2一l所示。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的組成 因?yàn)閷?duì)`轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)是針對(duì)于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)這一基礎(chǔ)而采取的控制方案,。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子位置信號(hào)依一定規(guī)律變化,從而改變電樞繞組的通電狀態(tài),實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)[26]和[3639]在基于換相的電磁過(guò)程分析的基礎(chǔ)上詳細(xì)推導(dǎo)了無(wú)刷直流電機(jī)導(dǎo)通期間相電流、電磁轉(zhuǎn)矩、機(jī)械特性的解析式,但也沒(méi)有從理論上定性地分析換相超前或滯后的電磁過(guò)程及相電流的解析表達(dá)式。文獻(xiàn)[34]建立了基于轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的數(shù)學(xué)模型,為進(jìn)行深入分析奠定了基礎(chǔ)。 目前的文獻(xiàn)幾乎都只討論了換相正常的情況,而且所給出的大多為導(dǎo)通期間的平均電流表達(dá)式。因此如何更好地解決換相以及從理論上認(rèn)清換相電磁過(guò)程對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制是十分重要的。 換相的相關(guān)研究現(xiàn)狀 準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置,并根據(jù)轉(zhuǎn)子位置及時(shí)對(duì)功率器件進(jìn)行切換,是無(wú)刷直流電機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。因此將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到電機(jī)轉(zhuǎn)速估算和位置估算是很自然的一步。采用K 均值聚類法得到RBF 網(wǎng)絡(luò)的初始中心,利用梯度下降糾正誤差法更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù),使網(wǎng)絡(luò)具有快速在線調(diào)節(jié)能力。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行控制,不要求預(yù)知精確的系統(tǒng)參數(shù),而且能取得很好的控制效果[23]。但電機(jī)的觀測(cè)器模型復(fù)雜、涉及因素多,使得分析這些參數(shù)的工作較困難,需要通過(guò)大量調(diào)試才能確定其合適的模型參數(shù)[1821]。為了獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈值,必須先測(cè)量電機(jī)的相電壓和電流,再結(jié)合電阻值,計(jì)算磁鏈值[14][17]。目前從磁鏈的角度估計(jì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的方法有磁鏈函數(shù)法和轉(zhuǎn)子磁鏈三次諧波法兩種。這種位置估計(jì)方法依賴于電流檢測(cè)的精度,電機(jī)運(yùn)行范圍較小[1617]。這種方法簡(jiǎn)單且應(yīng)用成本低,可以保證電機(jī)在更大的速度范圍內(nèi)可控運(yùn)行[1015]。其本質(zhì)還是反電勢(shì)法。無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器的位置估計(jì)方法可以從5 個(gè)方面來(lái)論述:電壓法、電流法、磁鏈法、狀態(tài)觀測(cè)器法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。 轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法綜述 由于無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行并不需要連續(xù)的位置信號(hào),只需得到所需換相時(shí)刻即可,根據(jù)這個(gè)信息來(lái)控制功率逆變器,從而完成無(wú)刷直流電機(jī)的換相控制。我國(guó)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的研究起步較晚。1970 年以來(lái),隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展、新型的高性能大功率電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展,許多新型的高性能大功率電力電子器件,如GTR、MOSFET、IGBT 等相繼出現(xiàn),以及高性能永磁材料的問(wèn)世均為直流無(wú)刷電機(jī)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。哈利森等人首次申請(qǐng)了應(yīng)用晶體管換向代替電機(jī)機(jī)械換向的專利,標(biāo)志著現(xiàn)代無(wú)刷直流電機(jī)的誕生[1]。早在1917 年,Bolgior 就提出了用整流管取代直流有刷電機(jī)的機(jī)械電刷,從而誕生了無(wú)刷直流電機(jī)的基本思想。有刷直流電機(jī)從19 世紀(jì)40 年代出現(xiàn)以來(lái),以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性,在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)一直在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。是我國(guó)“十一五”計(jì)劃及以后的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目,正越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、航天航空、軍事、汽車(chē)、工業(yè)以及家電產(chǎn)品等領(lǐng)域。自70 年代能源危機(jī)以來(lái),節(jié)能已成為當(dāng)今時(shí)代的主題,世界各國(guó)都加大了對(duì)提高電機(jī)效率的研究,因而無(wú)刷直流電機(jī)高效率的特點(diǎn)更顯示了其巨大的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)字化控制技術(shù)使得電機(jī)控制所需的復(fù)雜算法得以實(shí)現(xiàn),大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì),降低了成本,提高了精度。微處理器的應(yīng)用促進(jìn)了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。因此,無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制近年來(lái)日益受到人們的重視,同時(shí)也必將會(huì)越來(lái)越朝著實(shí)用化的方向發(fā)展。但一定程度上限制了無(wú)刷直流電機(jī)的推廣和應(yīng)用,相對(duì)而言無(wú)位置傳感器方式在控制上有比較大的優(yōu)勢(shì)。帶位置傳感器有其自身不可避免的許多缺點(diǎn),如增加了電機(jī)的體積與成本,可靠性差,傳感器的輸出信號(hào)易受到干擾,傳感器的安裝精度對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大,相對(duì)增加了生產(chǎn)工藝的難度??傊?,無(wú)刷直流電機(jī)經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展,在技術(shù)上己經(jīng)逐步成熟,在大量應(yīng)用中己經(jīng)顯示出其優(yōu)良特性,應(yīng)用領(lǐng)域幾乎可覆蓋所有電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。由于無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)異性能,以及電力電子技術(shù)日新月異的發(fā)展,使得世界上許多科研機(jī)構(gòu)和公司都投入到這一技術(shù)領(lǐng)域,使無(wú)刷直流電機(jī)的技術(shù)得到了充分展示和更加廣泛的應(yīng)用。③ 無(wú)位置傳感器使電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單與可靠并節(jié)省成本,無(wú)線電干擾減少,同時(shí)降低了因安裝位置傳感器所引起的生產(chǎn)工藝的難度。② 電機(jī)采用永磁體代替勵(lì)磁線圈,結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。它以高性能永磁材料作轉(zhuǎn)子材料,以電子控制線路代替機(jī)械電刷和換向器實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的換相,集有刷直流電機(jī)和交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)于一體,是當(dāng)今最高效率的調(diào)速電機(jī)[1][2]。 最后進(jìn)行了無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行和換相的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,得到了與理論分析一致的結(jié)論。 其次對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)工作在三相星型六狀態(tài)模式下的換相進(jìn)行了深入分析,并在此基礎(chǔ)上對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三種換相情況:換相正常、超前和滯后進(jìn)行了詳細(xì)討論,并從理論上定性地分析了基于轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的三種換相情況下相電流的解析表達(dá)式,為研究在線抑制換相不正常時(shí)的大電流、提出暫態(tài)電流的最優(yōu)控制算法奠定基礎(chǔ)。 本論文首先介紹了多種主流的無(wú)位置傳感器的位置檢測(cè)方法。但是在無(wú)位置傳感器控制技術(shù)仍然有許多待解決的問(wèn)題。目前,無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制已成為無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向。無(wú)位置傳感器BLDC換相檢測(cè)方法研究畢業(yè)論文目 錄摘 要 ……………………………………………………………………………………..… IAbstr
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