下载文档原格式
运动控制系统作业1. 忽略定子电阻的影响,讨论定子电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的关系。
当三相电压AO u 、BO u 、CO u 为正弦对称时，写出电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的表达式，画出各自的运动轨迹。
2. 两电平PWM 逆变器主回路的输出电压矢量是有有限的，若期望输出电压矢量s u 的幅值小于d U 32，空间角度θ任意，如何用有限的PWM 逆变器输出电压矢量来逼近期望的? 3. 按磁动势等效、功率相等的原则，三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=23-23121-21-13223C现有三相正弦对称电流)sin(t I i m A ω=，)32sin(πω+=t I i m B ，)32sin(πω+=t I i m C ，求变换后两相静止坐标系中的电流αs i 和βs i ，分析两相电流的基本特征与三相电流的关系。
4. 笼型异步电动机铭牌数据为：额定功率kW 3=N P ，额定电压V 083=N U ，额定电流A 9.6=N I ，额定转速min r 1400=N n ，额定频率Hz 50=N f ，定子绕组Y 联结。
由实验测得定子电阻Ω=85.1s R ，转子电阻Ω=658.2r R ，定子自感H 294.0=s L ，转子自感H 2898.0=r L ，定、转子互感H 2838.0=m L ，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量2m kg 1284.0⋅=J ，电动机稳定运行在额定工作状态，试求转子磁链r ψ和按转子磁链定向的定子电流两个分量sm i 、st i 。
提示：（不需抄题） 1-3题为简答题；4题中需用到的主要公式为： 额定转差率121n n n s N -=额定转差N N N sN f s s πωω21==电流矢量幅值m st sm s I i i i 2322=+=按转子磁链定向的动态模型sm rm r r r i T L T dt d +-=ψψ1rr stm s T i L ψω=其中稳定运行时，0=dtd rψ，故sm m r i L =ψ《现代控制理论》实验指导书实验设备PC 计算机1台（要求P4-1.8G 以上），MATLAB6.X 软件1套。
磁性器件中磁芯的选用及设计开关电源中使用的磁性器件较多，不同的器件对材料的性能要求各不相同。
其中常用软磁器件的有：作为开关电源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。
本文仅以高频功率变压器与脉冲变压器对磁芯材料的不同要求做阐述。
(一)、高频功率变压器变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。
变压器的设计公式如下：P=KfNBSI×10-6T=hcPc+hWPW其中，P为电功率；K为与波形有关的系数；f为频率；N为匝数；S为铁芯面积；B为工作磁感；I为电流；T为温升；Pc为铁损；PW为铜损；hc和hW为由实验确定的系数。
由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。
但B值的增加受到材料的Bs值的限制。
而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。
而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。
一般来说，新晨阳电容电感开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。
单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。
它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B=Bm-Br，即磁感Bm和剩磁 Br之差要大，同时要求高的脉冲磁导率。
特别是对于单端反激式开关主变压器，也称储能变压器，要考虑储能要求。
线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W=1/2LI2。
这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。
对于工作在±Bm之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。
磁芯分为铁氧体磁芯和合金类磁芯铁氧体磁芯（常用的）：锰锌系列，镍锌系列合金类磁芯：铁粉芯，钼坡莫合金（不常见）铁氧体磁芯锰锌系镍锌系组成71%，MnO 20%，其他为ZnO50%，NiO 24%，其他为ZnO特点电阻率高（10omh-cm）铁芯损耗低居里温度高电阻率高（omh-cm）铁芯损耗较锰锌系高工作频率高居里温度高形状EE,ER,EI,PQ,RM,POT DR,R,环形用途功率变压器，EMI共模滤波器，储能电感常模滤波器，储能电感合金类磁芯硅钢片铁粉芯铁硅铝合金铁镍合金钼坡莫合金组成硅,钢极细的铁粉和有机材料粘合铝6%，硅9%，铁85%组合成镍50%，铁50%组合而成钼2%，铁17%，镍81%组成特点极高的磁导率（μ约60000）很高的饱和磁通密度（0.6T~1.9T）电阻率非常低（取决于硅含量），故使用频率不高成本低廉磁导率在10~75之间低成本铁芯损耗很高磁导率在26~125之间成本中等铁芯损耗低饱和磁通密度高于铁硅铝合金成本高于铁硅铝合金铁芯损耗于铁硅铝合金和铁粉芯之间磁导率在14~550之间饱和磁通密度最高成本最高铁芯损耗最低，稳定性最好型式片状或带状以及加工后的O型，R型等EE，ER，环形等环形环形环形根据变压器用途选磁芯：PQ功率磁芯：功率传输变压器，开关电源变压器，滤波电感器，宽频及脉冲变压器，转换电源变压器主要材质：TP3，TP4EP型高导磁芯：主要用于滤波器波形整理，消除杂波，使视频清晰或音频保真根据工作频率，功率大小，电感量大小，安装空间选择磁芯：根据工作频率选择磁芯适用的工作频率范围TP3材质温度升高，功率呈下降趋势，中心工作频率25KHz—200KHzTP4材质中心工作频率在200KHz—300KHzTH7，TH10,TH12材质中心工作频率小于150KHz根据功率大小选择磁芯小于5W可用磁芯ER9.5，ER11.5,EE8.3，EE10，EE13，EP7，EP10，RM4，UI19.8，URS7 5—10W可用磁芯ER20，EE19，RM5，GU14，EI22，EF16，EP13，UI11.510—20W可用磁芯ER25，EE20，EE25，RM6，GU18，EF2020—50W可用磁芯ER28，EI28，EE28，EE30，EF25，RM8,GU22,PQ20系列,EFD20 50—100W可用磁芯ER35，ETD34，EE35，EI35，EF30，RM10，GU30，PQ26系列100—200W可用磁芯ER40，ER42，EI40，RM12，GU36，PQ32系列200—500W可用磁芯ER49，EC53，EE42，EE55，RM14，GU42，PQ35系列，PQ40系列，UU66 500W以上可用磁芯ER70，EE65，EE85，GU59，PQ50系列，UU80，UU93根据滤波器电感量大小：AL=（L/）*1000000（）（准确的说法是叫电感系数，他是为了便于开关电源的匝数引入的，(N*N=Lp/Al 其中N为线圈的匝数,Lp为线圈的电感量,Al为电感系数)一般手册上给的是1匝线圈的电感量,有的给出的是1000的电感量.1mH=1000uH 1uH=1nH ，nH(纳亨)（不常用）UU型磁芯1300—6000EP型磁芯5000—12000ET,FT型磁芯1500—9000EE型磁芯1500—13000磁芯结构的选择：选择时要尽量降低漏磁和漏感，增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配接线方便。
磁芯选择指南来源:网络更新时间：2009-12-14点击数： 1高频变压器设计时选择磁芯的两种方法来源:网络 更新时间：2008-11-5 8:06:32 点击数：42在高频变压器设计时，首先遇到的问题，便是选择能够满闵杓埔蠛褪褂靡蟮拇判尽?lt;BR>通常可以采取下面介绍的两种方法：面积乘积法和几何尺寸参数法。
这两种方法的区别在于：面积乘积法是把导线的电流密度作为设计参数，几何尺寸参数法则是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。
1 面积乘积法这里讲的面积乘积。
是指磁芯的可绕线的窗口面积和磁芯的截面积，这两个面积的乘积。
表示形式为WaAe ，有些讲义和书本上简写为Ap ，单位为。
根据法拉第定律，我们有：窗口面积利用情况有：KWα=NAw变压器有初级、次级两个绕组。
因此有：KWα=2NAw或0.5KWα=NAw我们知道：Aw=而电流有效值I=Ip得到以下关系式：0.5KWα=即：于是就有如下式：由于：EδIp=Pi 又有：Pi=最后得到如下公式：这个公式适用于单端变压器，如正激式和反激式。
δ＜0.5，Bm-T,K-0.3～0.4，η-0.8～0.9,J-A/。
推挽式的公式则为：半桥式的公式则为：这里的δ＞0.5，例如0.8～0.9。
单端变压器如正激式和反激式：Bm=△B=Bs-Br。
双端变压器如推挽式、半桥式和桥式：Bm=2Bpk。
全桥式公式与推挽式相同，但δ＞0.5，例如0.8～0.9。
在J=400A/，K=0.4，η=0.8，δ=0.4（单端变压器），δ=0.8（双端变压器）。
公式简化如下：（单端变压器）（推挽式）（半桥式和桥式）2 几何尺寸参数法这个方法是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。
因此，公式正是由计算绕组线圈的铜损的公式演变而来的。
变压器有两个绕组这里为初级绕组电阻，为次级绕组电阻。
由于因此每个绕组各占一半窗口面积，全部绕组线圈的铜损的公式：来源:网络 更新时间：2008-11-5 8:06:32 点击数：42变换两个参数的位置，公式变成：初级安匝与次级安匝相等的关系，以及电流有效值同峰值的关系。
ap法选择变压器的磁芯的原理以ap法选择变压器的磁芯的原理为标题，写一篇文章。
变压器是电力系统中常用的电力设备，用于改变交流电压。
而变压器的磁芯是变压器中至关重要的部分，它起着传导磁场和集中磁能的作用。
为了选择合适的磁芯材料和磁芯形状，我们可以采用ap 法进行分析和设计。
ap法是一种常用的变压器磁芯设计方法，它的原理基于磁芯的性能和效率。
通过ap法，我们可以确定最佳的磁芯材料、磁芯形状和磁芯尺寸，以提高变压器的效率和性能。
我们需要了解磁芯材料的特性。
常见的磁芯材料有硅钢片、铁氧体和氢氧化铁等。
硅钢片具有低磁导率和低磁滞损耗的特点，适用于低频变压器；铁氧体具有高磁导率和高磁饱和磁感应强度的特点，适用于高频变压器；氢氧化铁具有较高的磁导率和低磁滞损耗，适用于中频变压器。
根据变压器的工作频率和性能要求，我们可以选择合适的磁芯材料。
我们需要考虑磁芯的形状。
常见的磁芯形状有E型、I型、U型和L 型等。
不同形状的磁芯对于磁场的传导和集中磁能有不同的效果。
E 型磁芯具有较好的磁场传导性能，适用于高效率的变压器；I型磁芯则适用于高频变压器，具有较好的磁通密度；U型和L型磁芯则适用于特殊形状的变压器。
根据变压器的工作条件和性能要求，我们可以选择合适的磁芯形状。
我们需要确定磁芯的尺寸。
磁芯的尺寸决定了磁芯的磁感应强度和磁能存储量。
通过ap法，我们可以根据变压器的功率和工作频率，计算出合适的磁芯尺寸。
同时，磁芯的尺寸也受到变压器的散热和机械强度要求的限制。
在进行磁芯选择时，我们还需要考虑磁芯的损耗和成本。
磁芯的损耗包括磁滞损耗和涡流损耗，应尽量降低；磁芯的成本也应在可接受范围内。
因此，在ap法选择磁芯时，我们需要综合考虑磁芯的性能、效率、成本和可行性等因素。
ap法是一种常用的变压器磁芯选择方法，通过分析和设计，可以确定合适的磁芯材料、磁芯形状和磁芯尺寸，以提高变压器的效率和性能。
在进行磁芯选择时，我们需要考虑磁芯的特性、形状、尺寸、损耗和成本等因素，并进行综合评估和比较。
变压器磁芯参数详解
变压器磁芯参数是指变压器磁路中磁芯的一些关键性能指标，这些参数对于变压器的性能和工作特性具有重要的影响。
1. 磁导率：磁导率是磁芯材料的重要参数，表示磁芯材料导磁能力的大小。
磁导率越大，磁芯的导磁能力越强，使得变压器的磁通密度更高，减小磁损耗和漏磁，提高变压器的能效。
2. 饱和磁通密度：饱和磁通密度是指磁芯材料在磁场作用下达到饱和状态时磁通密度的大小。
饱和磁通密度越大，变压器的磁芯体积可以更小，但过大的饱和磁通密度会导致变压器的饱和磁导率降低，影响电能传递效果和能效。
3. 矩形系数：矩形系数是指变压器磁芯的截面矩形的长宽比。
矩形系数越大，变压器的短路阻抗越大，对短路电流的耐受能力越强。
4. 损耗系数：损耗系数是指变压器磁芯的损耗与铁损耗的比值。
损耗系数越小，变压器的铁损耗越小，能效越高。
5. 铜损耗系数：铜损耗系数是指变压器铜线的损耗与铜损耗的比值。
铜损耗系数越小，变压器的铜损耗越小，能效越高。
这些参数可以根据变压器的应用需求和设计要求进行优化和选取，以提高变压器的效率和可靠性。
目的规范公司电磁元件中软磁材料和磁芯的选用，保证我司在电磁元件设计合理地选用软磁材料和磁芯。
2. 适用范围本规范适用于艾默生网络能源有限公司所有产品的电磁元件设计，应用于但不限于电磁元件的设计、工艺审查、试验、测试等活动。
本规范之前的相关标准、规范的内容如与本规范的规定相抵触的，以本规范为准。
3. 规范引用文件3.1 GB/T9637-2001 《电工术语磁性材料与元件》3.2 SJ/T10281-91 《磁性零件有效参数的计算》4. 术语和定义4.1 有效参数effective parameter在以磁性特性为基础计算磁芯的磁特性时，设磁芯被一个理想的环所替代，如果使磁环上绕的匝数与原来磁芯上的线圈匝数相同时，则可得到完全相同的电性能，这个代用环的磁特性和尺寸参数叫有效参数。
如，有效磁路长度Le ，有效横截面积Ae ，有效磁导率μ e 等。
4.2 振幅磁导率amplitude permeability μ a当磁场强度随时间作周期性变化且其平均值为零，并且材料处于指定的磁中性状态时，由磁通密度的峰值和外磁场强度的峰值（两者之一处于规定的幅度）求得的相对磁导率。
4.3 起始磁导率initial permeability μ i当磁场强度趋近于零时的振幅磁导率的极限值。
4.4 增量磁导率initial permeability μΔ当一随时间周期性变化的磁场叠加在指定的静磁场上，并且磁通密度和磁场强度两者之一的振幅为规定值时，由磁通密度峰—谷值求得的相对磁导率。
4.5 磁滞伸缩系数磁性材料磁化状态的变化引起其形状、尺寸改变的现象称为磁致伸缩效应，磁滞伸缩系数为磁性材料伸长或缩短值Δ L 与原长L0之比。
5. 规范内容5.1 软磁材料的选用软磁材料一般是指矫顽力（Hc ）低于800A /m 的铁磁性材料（金属软磁材料）或亚铁磁性材料（铁氧体软磁材料），其最大特征是磁滞回线面积小，磁导率（μ）高而矫顽力（Hc ）低。
2）磁芯选用①选取磁芯材料和磁芯结构选用R2KB铁氧体材料制成的EE型铁氧体磁芯。
其具有品种多，引线空间大，接线操作方便，价格便宜等优点。
②确定工作磁感应强度BmR2KB软磁铁氧体材料的饱和磁感应强度Bs=0.47T，考虑到高温时Bs会下降，同时为防止合闸瞬间高频变压器饱和，选定Bm=1/3Bs=0.15T。
③计算并确定磁芯型号磁芯的几何截面积S和磁芯的窗口面积Q与输出功率Po存在一定的函数关系。
对于半桥变换器，当脉冲波形近似为方波时为式中：η——效率；j——电流密度，一般取300～500A/cm2；Kc——磁芯的填充系数，对于铁氧体Kc=1；Ku——铜的填充系数，Ku与导线线径及绕制的工艺及绕组数量等有关，一般为0.1～0.5左右。
由厂家手册知，EE55磁芯的S=3.54cm2,Q=3.1042cm2,则SQ=10.9cm4，EE55磁芯的SQ值大于计算值，选定该磁芯。
3)计算原副边绕组匝数按输入电压最低及输出满载的情况（此时占空比最大）来计算原副边绕组匝数，已知Umin=176V经整流滤波后直流输入电压Udmin=1.2×176=211.2V。
对于半桥电路、功率变压器初级绕组上施加的电压等于输入电压的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V，设最大占定比Dmax=0.9，则次级匝数计算时取输出电压最大值Uomax=16V。
次级电路采用全波整流，Us为次级绕组上的感应电压，Uo为输出电压，Uf为整流二极管压降，取1V。
Uz为滤波电感等线路压降，取0.3V，则4）选定导线线径在选用绕组的导线线径时，要考虑导线的集肤效应，一般要求导线线径小于两倍穿透深度，而穿透深度Δ由式（2）决定式中：ω为角频率，ω=2πfs；μ为导线的磁导率，对于铜线相对磁导率μr=1，则μ=μ0×μr=4π×10－7H/m；γ为铜的电导率，γ=58×10－6Ωm；穿透深度Δ的单位为m。
磁芯种类和A P法选磁芯磁芯分为铁氧体磁芯和合金类磁芯铁氧体磁芯（常用的）：锰锌系列，镍锌系列合金类磁芯：铁粉芯，钼坡莫合金（不常见）铁氧体磁芯锰锌系镍锌系组成71%，MnO 20%，其他为ZnO50%，NiO 24%，其他为ZnO特点电阻率高（10omh-cm）铁芯损耗低居里温度高电阻率高（omh-cm）铁芯损耗较锰锌系高工作频率高居里温度高形状EE,ER,EI,PQ,RM,POT DR,R,环形用途功率变压器，EMI共模滤波器，储能电感常模滤波器，储能电感合金类磁芯硅钢片铁粉芯铁硅铝合金铁镍合金钼坡莫合金组成硅,钢极细的铁粉和有机材料粘合铝6%，硅9%，铁85%组合成镍50%，铁50%组合而成钼2%，铁17%，镍81%组成特点极高的磁导率（μ约60000）很高的饱和磁通密度（0.6T~1.9T）电阻率非常低（取决于硅含量），故使用频率不高成本低廉磁导率在10~75之间低成本铁芯损耗很高磁导率在26~125之间成本中等铁芯损耗低饱和磁通密度高于铁硅铝合金成本高于铁硅铝合金铁芯损耗于铁硅铝合金和铁粉芯之间磁导率在14~550之间饱和磁通密度最高成本最高铁芯损耗最低，稳定性最好型式片状或带状以及加工后的O型，R型等EE，ER，环形等环形环形环形根据变压器用途选磁芯：PQ功率磁芯：功率传输变压器，开关电源变压器，滤波电感器，宽频及脉冲变压器，转换电源变压器主要材质：TP3，TP4EP型高导磁芯：主要用于滤波器波形整理，消除杂波，使视频清晰或音频保真根据工作频率，功率大小，电感量大小，安装空间选择磁芯：根据工作频率选择磁芯适用的工作频率范围TP3材质温度升高，功率呈下降趋势，中心工作频率25KHz—200KHzTP4材质中心工作频率在200KHz—300KHzTH7，TH10,TH12材质中心工作频率小于150KHz根据功率大小选择磁芯小于5W可用磁芯ER9.5，ER11.5,EE8.3，EE10，EE13，EP7，EP10，RM4，UI19.8，URS7 5—10W可用磁芯ER20，EE19，RM5，GU14，EI22，EF16，EP13，UI11.510—20W可用磁芯ER25，EE20，EE25，RM6，GU18，EF2020—50W可用磁芯ER28，EI28，EE28，EE30，EF25，RM8,GU22,PQ20系列,EFD2050—100W可用磁芯ER35，ETD34，EE35，EI35，EF30，RM10，GU30，PQ26系列100—200W可用磁芯ER40，ER42，EI40，RM12，GU36，PQ32系列200—500W可用磁芯ER49，EC53，EE42，EE55，RM14，GU42，PQ35系列，PQ40系列，UU66 500W以上可用磁芯ER70，EE65，EE85，GU59，PQ50系列，UU80，UU93根据滤波器电感量大小：AL=（L/）*1000000（）（准确的说法是叫电感系数，他是为了便于开关电源的匝数引入的，(N*N=Lp/Al 其中N为线圈的匝数,Lp为线圈的电感量,Al为电感系数)一般手册上给的是1匝线圈的电感量,有的给出的是1000的电感量.1mH=1000uH1uH=1nH ，nH(纳亨)（不常用）磁芯结构的选择：选择时要尽量降低漏磁和漏感，增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配接线方便。
