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能量變換器是一種新型高壓發(fā)電機，采用高壓交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜作為定子繞組，這種革新結(jié)構(gòu)使其能夠輸出高電壓，從而可以直接并網(wǎng)。因此，對能量變換器的運行進行系統(tǒng)地研究是極為必要的。本文針對能量變換器小值振蕩和穩(wěn)定性進行了深入地研究。 本文首先介紹了能量變換器的發(fā)展背景和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，詳盡分析了研究大型同步發(fā)電機和能量變換器穩(wěn)定性的意義。 然后，本文對能量變換器靜態(tài)穩(wěn)定運行進行了分析，建立了能量變換器靜態(tài)穩(wěn)定運行時的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出了能量變換器靜態(tài)穩(wěn)定功率特性和靜態(tài)穩(wěn)定功率極限的表達式。并分析了勵磁調(diào)節(jié)對能量變換器靜態(tài)功率特性的影響，應(yīng)用對比研究的方法，證明了能量變換器的靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)和靜態(tài)穩(wěn)定功率極限都比傳統(tǒng)同步發(fā)電機高。 本文同時結(jié)合能量變換器樣機參數(shù)，系統(tǒng)分析了其穩(wěn)態(tài)小值振蕩的物理過程，推導(dǎo)了能量變換器小值振蕩時的整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)、阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)和電流、轉(zhuǎn)矩、電磁功率各微變量的表達式，并通過仿真分析，歸納出了不計定子電阻和線路阻抗時能量變換器相應(yīng)微變量的變化規(guī)律。此外，本文對考慮勵磁調(diào)節(jié)作用時小值振蕩各微變量的變化進行了仿真研究，給出了此狀態(tài)下相應(yīng)微變量的變化規(guī)律。 最后，本文對能量變換器系統(tǒng)在線路發(fā)生單相短路、相間短路和兩相接地短路故障時的物理過程進行了分析，繪制了能量變換器正常運行和故障運行時的電氣圖與等值電路，結(jié)合等值電路推導(dǎo)了能量變換器相應(yīng)故障狀態(tài)下的功率表達式，并通過仿真分析與對比研究，給出了能量變換器系統(tǒng)在線路發(fā)生單相短路、相間短路和兩相接地短路故障時的極限切除時間，得到了能量變換器的動態(tài)穩(wěn)定極限。 本文所得結(jié)論對能量變換器合理可靠的設(shè)計及運行提供了依據(jù)，具有一定的理論意義和實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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超級電容器是一種介于電池和靜電電容之間的新型儲能元件，其功率密度比電池高數(shù)十倍，能量密度比靜電電容高數(shù)十倍。具有充放電速度快、對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，有希望成為21世紀的新型綠色能源。 設(shè)計了一個主回路以BUCK降壓電路為主，控制回路以單片機89C51為核心的超級電容器充放電測試系統(tǒng)，用于測試超級電容器充放電性能。本系統(tǒng)通過檢測超級電容器的端電壓、電流和溫度，并將采集到的信號由ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入89C51分析處理后，再經(jīng)DAC0832輸出，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制器TL494的電壓信號，調(diào)整PWM的輸出值，控制BUCK轉(zhuǎn)換電路中MOSFET功率開關(guān)的占空比，從而改變輸出直流電壓的大小，實現(xiàn)恒流控制。超級電容器充電方法采用分階段恒流充電，依照充電狀態(tài)的不同，適時調(diào)整充電電流大小，避免過充電造成超級電容器損害。在其控制方法和實現(xiàn)手段上，主要通過單片機的設(shè)定值與實測值的比較來控制電路的輸出，也可以通過模糊控制技術(shù)來實現(xiàn)，并用MATLAB進行了仿真實驗，仿真結(jié)果證明采用模糊控制能夠取得更好的效果。在整個系統(tǒng)的保護功能方面，采用了過壓、過流以及過熱等的保護方法，實現(xiàn)軟硬件對系統(tǒng)的保護。 利用本測試系統(tǒng)可以對超級電容器進行恒電流充放電，其充放電曲線基本上呈現(xiàn)線性。模糊控制能針對電容器充電狀態(tài)的不同，適時給予不同的充電電流，不至于發(fā)生大電流過充造成超級電容器受損的情況，確保使用壽命。 解決了系統(tǒng)的電磁兼容，從而能夠保證系統(tǒng)能夠安全可靠地工作。在電路裝置硬件電路、軟件以及印制電路板設(shè)計中所采取了一些抗干擾措施，可以有效地預(yù)防一些干擾帶來的誤差，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
上傳時間： 2013-04-24
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采用軟件校正的TMS320f2812內(nèi)置ADC采樣值方案
上傳時間： 2013-08-02
上傳用戶：wang5829
本文研究的電磁阻尼器是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心杯發(fā)電機，它主要用于對能量的吸收和耗散，達到減振消能的目的，是具有很高單位耗能的能量吸收元件。電磁阻尼器的應(yīng)用十分廣泛，已涉及航天、航空、電力等諸多領(lǐng)域，有著廣闊的市場前景。 采用電磁場分析軟件建立了電磁阻尼器的仿真模型，仿真分析了電磁阻尼器阻尼力矩與定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。 介紹了常規(guī)空心杯電機與電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)、發(fā)展和應(yīng)用，基于Ansoft公司的電磁場分析軟件Maxwell 2D學(xué)生版軟件建立了電磁阻尼器靜磁場的二維仿真模型，分別對不同充磁方向、極弧系數(shù)、磁極對數(shù)的氣隙磁密分布進行了靜態(tài)仿真分析，得出了相應(yīng)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，運用Infolytica公司的電磁場分析軟件MagNet對電磁阻尼器的二維穩(wěn)態(tài)磁場進行了仿真，研究了如下內(nèi)容： (1)定子磁路結(jié)構(gòu)中的磁鋼材料、磁鋼充磁方向、定子磁極對數(shù)的改變對力矩特性的影響； (2) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)中的轉(zhuǎn)子長度、轉(zhuǎn)子材料、轉(zhuǎn)子厚度、轉(zhuǎn)子平均直徑、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向的改變對力矩特性的影響。根據(jù)所得的阻尼力矩仿真數(shù)據(jù)，基于Excel軟件的曲線擬合和Matlab軟件對擬合曲線進行的數(shù)值分析，求得了力矩特性斜率與上述參數(shù)的關(guān)系式。此關(guān)系式為探索電磁阻尼器的工程設(shè)計方法提供了一定理論依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價值。 最后，將仿真計算得到的阻尼力矩值與實驗測得的阻尼力矩值進行了對比，分析了誤差產(chǎn)生的原因。
上傳時間： 2013-04-24
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電力變壓器是電力系統(tǒng)中及其重要的電氣設(shè)備，它的安全運行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。變壓器長期在電網(wǎng)中運行會發(fā)生各種故障和事故，一旦遭到破壞，損失巨大。通過預(yù)防性試驗和油中溶解氣體的氣相色譜分析結(jié)果判斷變壓器的絕緣狀況，對防止事故的發(fā)生有很大作用，但定期的預(yù)防性試驗可能出現(xiàn)過多的維修和不必要的停機，又不能及時發(fā)現(xiàn)故障；而變壓器在線監(jiān)測可以及早發(fā)現(xiàn)變壓器故障，避免事故的發(fā)生，而且可以降低維護成本。 變壓器中最常發(fā)生故障的部位是繞組，它的損壞率約占整個變壓器故障的60％～70％。診斷繞組變形的方法中，頻率響應(yīng)法、阻抗分析法、低壓脈沖法雖然有可取之處，但是都屬于離線方法，不能及時發(fā)現(xiàn)變壓器的故障，不適于在線測量；通過實時計算變壓器繞組短路電抗來在線診斷變壓器故障是一種有效的在線監(jiān)測方法。 本文根據(jù)變壓器繞組的短路電抗在正常運行時不發(fā)生變化，而在變壓器內(nèi)部故障時要發(fā)生變化的特性，應(yīng)用辯識理論，利用變壓器三相電壓、電流的測量值來辨識繞組的短路電抗。把辨識結(jié)果對比正常時的三相繞組的短路電抗，可以發(fā)現(xiàn)繞組是否異常及故障發(fā)生的部位，保證變壓器元件得到及時更換，防止變壓器非正常退出運行。 本文采用傅立葉算法來計算變壓器三相電壓、電流采樣信號的基波分量的幅值與相角，實現(xiàn)變壓器繞組的參數(shù)辨識，此時并沒有考慮衰減直流分量。經(jīng)過分析，當采樣信號中存在衰減直流分量時傅立葉算法就會產(chǎn)生誤差，而遞推最小二乘法和卡爾曼濾波效果很好。 最后本文介紹了變壓器繞組參數(shù)辨識的實際應(yīng)用與誤差分析，分析了系統(tǒng)中軟件、硬件方面的問題對測量短路電抗造成的影響；以及參數(shù)辨識的軟件設(shè)計和運行試驗，驗證了方案的可行性。
上傳時間： 2013-07-29
上傳用戶：xyipie
無刷直流電機,是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來的一種機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其常用的帶位置傳感器控制方法暴露出了越來越多的局限性.同時,隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,基于高性能數(shù)字信號處理器的"狀態(tài)觀測器"法無位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點.論文在詳細介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制原理的基礎(chǔ)上,建立了基于"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)模型,對模型中誤差造成的原因作出了定性和定量的分析,給出了解決的辦法.另外,論文以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器為核心,設(shè)計了一套基于"擴展卡爾曼濾波法"的無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng),并給出了各模塊的設(shè)計電路.文中介紹了系統(tǒng)的各個組成部分,并給出了系統(tǒng)的抗干擾措施."三段式"起動技術(shù)是無傳感器無刷直流電機控制中的常用起動方法,也是"擴展卡爾曼濾波法"控制中的一個重要環(huán)節(jié).文中對"三段式"起動技術(shù)中轉(zhuǎn)子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換三部分進行了詳細的分析和討論,指出了各部分的難點,給出了相應(yīng)的解決方法.基于"擴展卡爾曼濾波法"的控制系統(tǒng)中包含了大量的運算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統(tǒng)和測量誤差以及干擾噪聲,論文著重對系統(tǒng)誤差、量測誤差和干擾噪聲三個方面作了詳細的分析,并提出了解決的方法.對于噪聲信號的數(shù)字化處理,論文探討了常用的幾種數(shù)字濾波算法并給出了仿真波形.在前面所設(shè)計的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,論文介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)的運行調(diào)試過程,分析了調(diào)試中出現(xiàn)的問題并提出了解決的方法.最后,文中給出了系統(tǒng)調(diào)試中的電壓、反電勢以及相電流等信號的實測波形,并與仿真結(jié)果作了比較分析.
上傳時間： 2013-07-30
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高速電機由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(nèi)外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機械強度和轉(zhuǎn)子動力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗進行了深入分析。轉(zhuǎn)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(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、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(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(tǒng)，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(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結(jié)果加以驗證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 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(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對于本文設(shè)計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數(shù)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(zhuǎn)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(dǎo)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當銅環(huán)的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設(shè)計和轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進行了轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析，實驗研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導(dǎo)致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實驗計算結(jié)果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標簽： 無刷直流 電機轉(zhuǎn)子 渦流損耗
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