高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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隨著我國現代化的大力發展，對能源的需求越來越多，但是能源危機卻已成為全球性的問題，在眾多能源當中，電能是人類生活中最重要的能源，如何節約電能，提高電能利用率是我們必須人力解決的問題。本文就超級電容儲能系統在地鐵中的應用進行了研究，提出了相應的控制策略并對其進行了建模論證。 文中首先對現有的幾種儲能裝置進行了簡單的介紹，分析了儲能系統的發展現狀和趨勢，后來還介紹了地鐵供電和地鐵車輛的一些情況，對應用對象進行了一定的研究；然后對超級電容的特點和一些應用特性進行了分析，結合地鐵的實際工況，提出了能量回收系統的控制策略。 最后，利用Matlab仿真工具對能量回收系統進行了建模和仿真，驗證了系統控制策略的正確性。在文章的末尾，還通過一些調查數據對超級電容能量回收系統實際應用中可能碰到的問題進行了討論。 隨著超級電容的快速普及和發展，超級電容器儲能及應用技術的研究將是一個很有潛力的發展方向，具有很高的市場潛力和應用價值。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著能源危機日趨嚴重，新能源的開發與節能技術的研究日趨迫切，而新型儲能元件—超級電容器的應用為能量回收開辟了一條新的道路。 作為新型儲能器件，超級電容器擁有其它儲能器件無法比擬的優點—充放電速度快、功率密度高、使用壽命長。但由于其額定電壓很低，一般為1V～3V，因此使用時需多節串聯以達到實用電壓值，而電容單體參數不一致必然導致單體電壓不平衡。長此以往，勢必嚴重影響超級電容組壽命及其工作可靠性。 本文從超級電容器結構與工作原理入手，詳細闡述了其各種特性，分析和比較了目前存在的各種電壓均衡電路，確定了適合能量回收系統中超級電容組的電壓均衡策略，提出了如下兩種方法： 一種是運用飛渡電容轉移能量的思想，在飛渡電容與超級電容器之間加入DC/DC變換器，對超級電容器恒流充放電，保證了電壓均衡電路快速性。 針對超級電容器單體電壓低造成的DC/DC變換器恒流控制困難的問題，本文采用了新型開關電源芯片LTC3425及LTC3418實現了恒流輸出，仿真及試驗結果驗證了該方法的有效性。 另一種方法為基于變壓器的電壓均衡法，該方法引入全橋逆變器和高頻變壓器構成了一種新穎的電壓均衡電路。此方法容易獲得超級電容器串聯組平均電壓值，使得對低于平均電壓值的超級電容器充電非常方便。此方法以較低成本實現了電壓均衡目的，并通過仿真和試驗驗證了該方法的有效性。 以上兩種方法均通過能量內部轉移來完成電壓均衡，達到了較高的均衡效率，適合用于能量回收系統中超級電容組的電壓均衡。
上傳時間： 2013-06-08
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三相電壓不平衡度是衡量電網電能質量的一個重要指標。在三相系統中，引起電壓不平衡的主要原因是發電機的輸出電壓不平衡和負載不平衡兩方面，電壓不平衡比較嚴重時，會給系統帶來諸多危害。近年來，STATCOM因其動態響應速度快，電流諧波含量小，裝置體積小等優點，在電壓不平衡補償中的應用越來越廣。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主電路。為了獲得更高的輸出電壓，通常需要將IGCT串聯使用。然而在器件串聯使用時，由于其特性的差異會產生暫態電壓分配不均衡，導致個別器件上產生過電壓而威脅器件的安全，嚴重時會燒毀器件。因此需要采用均壓電路來保證串聯結構中電壓的平均分配。本文重點對IGCT串聯均壓電路和緩沖電路進行了設計，在分析串聯均壓電路的同時，計算了吸收電容和吸收電阻的取值范圍。而后，對緩沖電路進行了Pspice仿真，通過仿真驗證了均壓電路的工作效果。結果表明，吸收電容和吸收電阻的取值合適，能夠對IGCT的串聯運行起到很好的保護作用。本文還對100Kvar/660VSTATCOM的主電路進行了參數設計，對IGCT的型號和各主要元件進行了選擇。 本文重點研究了不平衡系統中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的數學模型；根據STATCOM的電流暫態模型，對電流電壓進行序分解，并做D—Q坐標變換，建立STATCOM在靜止坐標系下的正、負序數學模型。基于建立的負序模型，研究STATCOM在不平衡情況下的控制策略，本文采用無差拍控制方法；根據實際補償時遇到的問題：收斂速度慢、依賴固定的負載模型、魯棒性差等，對無差拍控制方法進行了優化設計。該優化方法在傳統無差拍的基礎上引入了參考電流觀測器和狀態觀測器；文中具體設計了這個改進無差拍控制器和其相關電路。經分析與仿真驗證了本文提出的優化控制方法，將該方法應用于STATCOM不平衡補償器，取得了良好的不平衡補償性能、快速的動態響應和良好的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-05
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空調壓縮機是空調器的核心部件。傳統定速空調器中壓縮機多采用單相異步電動機，對電機采用簡單的開關式控制，電能損耗、室溫波動及噪音都很大，壓縮機容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短缺問題的出現，將變頻調速技術應用于空調器中，將變頻壓縮機取代傳統定頻定速壓縮機，對其進行變頻調速將使壓縮機減少開停次數，降低室溫波動，提高舒適度，獲得了更好的空氣調節效果和實現節能降耗的要求。 空調系統是一個典型的多輸入多輸出、具有大滯后特性的菲線性系統。要對空調壓縮機進行變頻調速，需要根據房間溫度的變化得出壓縮機的頻率值。由于空調系統精確的數學模型難以取得，且時間常數較大，傳統的PID調整不僅費時費力，性能指標也不能令人滿意。因此，將模糊控制技術引入空調壓縮機的變頻調速控制，建立模糊控制器，以房間溫度的變化和變化率為輸入，壓縮機的頻率為輸出。對于提高空調系統的控制精度、穩定性和可靠性，無論從學術研究角度出發，還是在工程應用方面，都具有相當的現實意義。 本文分別從三相異步電動機的變頻調速技術、變頻空調控制策略等方面進行了探討分析。首先將模糊控制技術應用到空調壓縮機變頻調速中，根據建立模糊控制規則的基本思想及實際運行經驗，通過模糊控制技術使空調壓縮機具有自調整的智能特性，從而得出最佳的動態控制參數，克服了PID控制器控制精度較低、消除穩態誤差能力差的缺點。 然后詳細闡述了SVPWM的基本原理，對空間矢量調制（SVPWM）方式及其實現方法進行了探討。在變頻壓縮機的控制中采用先進的SVPWM調制技術，壓縮機能根據室內需要的冷（熱）量不同，連續地、動態地、實時地調整其制冷（熱）量，始終保持在較合理的運轉狀態下。能夠進一步提高電壓的利用率和頻率分辨率，并使壓縮機運行更加平穩，提高空調的效率，達到節能降耗的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機和微電子技術的飛速發展，基于數字信號處理的示波器、信號發生器、邏輯分析儀和頻譜分析儀等測量儀器已經應用到各個領域并且發揮著重要作用，但這些儀器昂貴的價格阻礙了它們的普遍使用。 本文針對電子測量儀器技術發展和普及的情況，結合用FPGA實現數字信號處理的優勢，研究一種基于FPGA的輔助性獨立電予測量儀器的軟件系統。這種儀器可以作為數模混合電路測試和驗證的工具，用來觀察模擬信號波形、數字信號時序波形、模擬信號的幅度頻譜，也可以用來產生DDS信號。在硬件選擇上，使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平臺來實現單片DSP系統，這種芯片成本低廉、工作速度快、技術兼容性好；在軟件設計上，采用基于FPGA的可編程數字邏輯設計方法，這種方法具有開發難度小、功能擴展簡單等優點。設計中采用的關鍵技術包括：基于FPGA和IP Core的Verilog HDL設計、數據采集、數據存儲、數據處理以及數據波形的實時顯示。對這些技術的研究探討不僅有理論研究價值，在科學實驗和產品設計中同樣具有重要的實用價值。系統的設計以低資源、高性能為目標，設計中采用了科學的模塊劃分、設計與集成的方法，在保持原四種信號處理功能不變的前提下，盡量多的節約各種FPGA資源，為實現低成本的輔助電子測量儀器提供了可能。
上傳時間： 2013-06-05
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目前，小波分析在信息技術和其他學科方面的應用是眾多科技工作者關心的課題。在理論方面，新觀點、新方法不斷涌現。本文旨在完善小波的基本理論，對原有的小波去噪方法作進一步的改進。 經典的信號處理方法，例如傅立葉變換、短時傅立葉變換等具有局限性，因而限定了它們的應用范圍。小波分析作為一種全新的信號處理方法，它將信號中各種不同的頻率成分分解到互不重疊的頻帶上，為信號濾波、信噪分離和特征提取提供了有效途徑，特別在信號去噪方面顯出了獨特的優勢。本文介紹了經典的去噪方法，并對其適用范圍和效果進行了分析和比較。并且，討論了小波分析的基本理論，介紹了連續小波變換、離散小波變換和小波變換的快速分解與重構算法，最后研究了小波基的數學特性，分析了它們對實際應用的影響和作用。進而，介紹了小波的幾種去噪方法：小波變換高頻系數置零去噪方法、小波變換模極大值去噪方法、小波閾值去噪方法、小波空域相關性去噪方法。用小波變換將高頻系數強制置零去噪的方法是比較方便的，但它的不足之處是經將高頻系數強制置零去噪后重構的信號會使信號丟失一些細節，且小波基的選擇亦有相當的難度，只有靠經驗來確定，不過比傳統的濾波方法所得的效果還是要好。對于小波變換模極大值去噪的原理，分析了去噪過程中幾個參數的選取問題，并給出了一些選取依據；對小波閾值去噪方法的幾個關鍵問題進行了詳細討論。對閾值去噪進行了改進，利用均值逼近與閾值去噪相結合的方法來實現信號的處理，并通過實驗仿真實現。實驗結果表明該方法提高了信噪比，去噪效果優于單獨應用閾值去噪的方法。 在空域相關去噪算法的基礎上，進行了改進，利用閾值濾波與相關去噪算法相結合的一種組合去噪算法，仿真試驗結果表明，由該算法濾波之后得到的小波系數不僅連續性好，準確率高，而且易于重構信號。 本文分別對這四種方法進行了算法分析比較，通過實驗仿真來實現，并對實驗結果進行了分析。實驗仿真結果表明了利用小波分析理論對信號去噪的可行性和有效性。 關鍵詞：小波分析，信號去噪，閾值，均值逼近，空域相關
上傳時間： 2013-07-19
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函數發生器又名任意波形發生器，是一種常用的信號源，廣泛應用于通信、雷達、導航等現代電子技術領域。信號發生器的核心技術是頻率合成技術，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環頻率合成（PLL）、直接數字合成技術（DDS）。DDS是開環系統，無反饋環節，輸出響應速度快，頻率穩定度高。因此直接數字頻率合成技術是目前頻率合成的主要技術之一，其輸出信號具有相對較大的帶寬、快速的相位捷變、極高的相位分辨率和相位連續等優點。本文的主要工作是采用SOPC結合虛擬儀器技術，進行DDS智能函數發生器的研制。 本文介紹了虛擬儀器技術的基本理論，簡要闡述了儀器驅動程序、VISA等相關技術。對SOPC技術進行了深入的研究：SOPC技術是基于可編程邏輯器件的可重構片上系統，它作為SOC和CPLD/FPGA相結合的一項綜合技術，結合了兩者的優點，集成了硬核或軟核CPU、DSP、鎖相環、存儲器、I/O接口及可編程邏輯，可以靈活高效地解決SOC方案，而且設計周期短，設計成本低，非常適合本設計的應用。本文還對基于DDS原理的設計方案進行了分析，介紹了DDS的基本理論以及數學綜合，在研究DDS原理的基礎上，利用SOPC技術，在一片FPGA芯片上實現了整個函數發生器的硬件集成。 本文就函數發生器的設計制定了整體方案，對軟硬件設計原理及實現方法進行了具體的介紹，包括整個系統的硬件電路，SOPC片上系統和PC端軟件的設計。在設計中，LabVIEW波形編輯軟件和函數發生器二者采用異步串口進行通信。利用LabVIEW的強大功能，把波形的編輯，系統的設置放到計算機上完 成，具有人機界面友好、系統升級方便、節約硬件成本等諸多優勢。同時充分利用了FPGA內部大量的邏輯資源，將DDS模塊和微處理器模塊集成到一個單片FPGA上，改變了傳統的系統設計思路。通過對系統仿真和實際測試，結果表明該智能型函數發生器不僅能產生理想的輸出信號，還具有集成度高、穩定性好和擴展性強等優點。關鍵詞：智能型函數發生器，虛擬儀器，可編程片上系統，直接數字合成技術，NiosⅡ處理器。
上傳時間： 2013-07-09
上傳用戶：zw380105939
隨著低壓供電系統中感性負荷越來越多，電網對無功電流的需求量急劇增加，為了提高系統供電質量和供電效率，必須對電網進行無功補償。晶閘管投切電容器（TSC）一種簡單易行的補償措施，并已得到廣泛應用。但是長期以來無功補償裝置中的電容器投切開關存在功能單一、使用壽命短、開關沖擊大等不足，這些不足嚴重制約了補償裝置的發展。因此開發大容量快速的集多種功能于一體的電子開關功率單元將是晶閘管投切電容器（TSC）技術中長期研究的主要內容，具有很高的實用價值。 首先，本文回顧了投切開關的發展歷史，并指出它們存在的優點和弊端。闡述了晶閘管投切電容器（TSC）的基本工作原理及主電路的組成和實現手段。 其次，提出功率單元的概念，并介紹了它的組成、功能和作用、對功率單元各個組成部分進行研究，主要包括根據系統電壓和電流選擇晶閘管型號、根據TSC無過渡過程原理的分析來設計過零觸發模塊、利用補償電容上的工作電壓波形設計多功能卡上的工作指示電路、故障檢測電路，根據TSC的保護特點將溫度開關串入到控制信號和冷卻風扇電路，在溫度過高時起到對功率單元的保護作用。然后在理論及設計參數的基礎上制造功率單元。在已有的TSC補償裝置上對功率單元的性能進行實驗，實驗結果表明，論文所設計功率單元能很好的實現投切電容器的作用，還實現各種保護和顯示功能，提高效率和補償效果。 最后，系統地闡述了功率單元作為集成化開關模塊在無功補償領域的優越性，并指出設計中需要完善的地方。
上傳時間： 2013-07-19
上傳用戶：許小華
高精度慣性加速度計能夠實現實時位移檢測，在當今民用和軍用系統如汽車電子、工業控制、消費電子、衛星火箭和導彈等中間具有廣泛的需求。在高精度慣性加速度計中，特別需要穩定的低噪聲高靈敏度接口電路。事實上，隨著傳感器性能的不斷提高，接口電路將成為限制整個系統的主要因素。 本論文在分析差動電容式傳感器工作原理的基礎上，設計了針對電容式加速度計的全差分開環低噪聲接口電路。前端電路檢測傳感器電容的變化，通過積分放大，產生正比于電容波動的電壓信號。 本論文采用開關電容電路結構，使得對寄生不敏感，信號靈敏度高，容易與傳感器單片集成。為了得到微重力加速度性能，設計電容式位移傳感接口電路時，重點研究了噪聲問題和系統建模問題。仔細分析了開環傳感器中的不同噪聲源，并對其中的一些進行了仿真驗證。建立了接口電路寄生電容和寄生電阻模型。 為了更好的提高分辨率，降低噪聲的影響如放大器失調、1/f噪聲、電荷注入、時鐘饋通和KT/C噪聲，本論文采用了相關雙采樣技術（CDS）。為了限制接口電路噪聲特別是熱噪聲，著重設計考慮了前置低噪聲放大器的設計及優化。由于時鐘一直導通，特別設計了低功耗弛豫振蕩器，振蕩頻率為1．5M。為了減小傳感器充電基準電壓噪聲，采用兩級核心基準結構設計了高精度基準，電源抑制比高達90dB。 TSMC 0．18μm工藝中的3．3V電壓和模型，本論文進行了spectre仿真。 關鍵詞：MEMS；電容式加速度計；接口電路；低噪聲放大器；開環檢測
上傳時間： 2013-05-23
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