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工业风机用无刷直流电机设计与驱动控制研究

作　者: 高信迈
导　师: 韦忠朝
学　校: 华中科技大学
专　业: 电气工程
关键词: 功率因数校正无刷直流电机无位置传感器 DSP
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 71次
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内容摘要

随着绿色电源技术的进步,用户要求用电设备待机功耗更低和功率因数更高。论文主要研究了工业风机用永磁无刷直流电机设计及含有功率因数校正功能的无刷直流电机无位置驱动控制系统。结合工业风机系统应用的要求,在无刷直流电机无位置驱动系统中应用功率因数校正技术,提高了整个系统的功率因数,同时由于Boost升压型功率因数校正电路,提高了电机端电压,有利于减小电机体积和提高系统效率。文章首先介绍了基于Ansoft外转子永磁无刷直流电机的设计;分析了永磁无刷直流电机部分参数对其性能的影响及电机瞬态有限元分析。阐述了永磁无刷直流电机的微分方程、传递函数、空间状态方程三种数学模型;在分析电机数学模型和Boost升压型功率因数校正原理的基础上,应用MATLAB分别仿真了无刷直流电机转速、电流双闭环的控制算法和基于平均电流模型有源功率因数校正算法。在无刷直流电机无位置系统仿真中应用S-Function搭建了电机本体模块,实时计算电机的反电势。论文完成了带功率因数校正的永磁无刷直流电机无位置驱动、控制系统的硬件设计和基于TMS320F2812无刷直流电机无位置软件设计。论述了DIP-IPM功率单元以及自举电路的设计、基于PFS集成芯片的功率因数校正控制单元及升压电感的设计、开关电源高频变压器、反馈补偿电路的的设计和串口通信电路的设计。利用TI DSP程序开发平台CCS设计了无刷直流电机控制程序,主要包括“三段式”起动算法、换相检测、速度计算、延时换相等。应用Microsoft.NET平台,基于Csharp开发了上位机界面程序。最后论文针对功率因数校正和无刷直流电机驱动做了实验研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 永磁无刷直流电机研究历程  9
  1.2 无刷直流电机驱动与功率因数校正技术应用和发展  9-10
  1.3 课题研究的内容  10-12
2 工业风机用永磁无刷直流电机的设计  12-23
  2.1 基于Ansoft RMxprt 无刷直流电机的设计  12-18
  2.2 基于AnsoftMaxwell 无刷直流电机瞬态有限元分析  18-23
3 永磁无刷直流电机的数学模型及控制系统MATLAB 仿真  23-34
  3.1 永磁无刷直流电机的数学模型  23-27
  3.2 基于MATLAB/Simulink 永磁无刷直流电机控制系统仿真  27-30
  3.3 基于MATLAB/Simulink 功率因数校正仿真  30-34
4 带APFC 的永磁无刷直流电机控制系统硬件设计  34-55
  4.1 基于反电势检测法的转子位置辨识及无位置驱动控制分析  34-37
  4.2 有源功率因数校正环节的电路设计（APFC）  37-43
  4.3 功率逆变电路设计  43-46
  4.4 开关电源的设计  46-49
  4.5 TMS320F2812 最小系统  49-51
  4.6 SCI 通信电路  51
  4.7 设计输入EMI 滤波器  51-53
  4.8 瞬态过压抑制  53
  4.9 电压检测电路  53-54
  4.10 电流检测电路  54-55
5 永磁无刷直流电机控制系统软件设计  55-63
  5.1 基于TMS320F2812 下位机控制程序设计  56-61
  5.2 基于CSharp 上位机界面程序设计  61-63
6 试验研究分析  63-66
  6.1 功率因数校正校正实验  63
  6.2 无位置驱动的永磁无刷直流电机风机系统起动实验  63-64
  6.3 永磁无刷直流电机风机负载实验  64-66
7 总结  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70

工业风机用无刷直流电机设计与驱动控制研究

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