電子式互感器與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，在帶寬、絕緣和成本等方面具有優(yōu)勢(shì)，因而代表了高電壓等級(jí)電力系統(tǒng)中電流和電壓測(cè)量的一種極具吸引力的發(fā)展方向。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和電力市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的形成，電子式互感器成為人們研究的熱點(diǎn)；越來越多的新技術(shù)被引入到電子式互感器設(shè)計(jì)中，以提高其工作可靠性，降低運(yùn)行總成本，減小對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力。本文圍繞電子式互感器實(shí)用化中的關(guān)鍵技術(shù)而展開理論與實(shí)驗(yàn)研究，具體包括新型傳感器、雙傳感器的數(shù)據(jù)融合算法、數(shù)字接口、組合式電源、低功耗技術(shù)和自監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)等。 目前電子式電流互感器(ECT)大多數(shù)采用單傳感器開環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的精度和可靠性的要求都很高，嚴(yán)重制約了ECT整體性能的提高，影響其實(shí)用化。本文介紹了新型傳感器～鐵心線圈式低功率電流傳感器(LPET)和印刷電路板(PCB)空心線圈及其數(shù)字積分器，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于LPCT和PCB空心線圈的組合結(jié)構(gòu)的新型電流傳感器。該結(jié)構(gòu)具有并聯(lián)的特點(diǎn)，結(jié)合了這兩種互感器的優(yōu)點(diǎn)，采用數(shù)據(jù)融合算法來處理兩路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量和提高系統(tǒng)可靠性，并探索出辨別LPET飽和的新方法。試驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，這種新型電流傳感器可以覆蓋較大的電流測(cè)量范圍，達(dá)到IEC 60044-8標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于測(cè)量(幅值誤差)、保護(hù)(復(fù)合誤差)和暫態(tài)響應(yīng)(峰值)的準(zhǔn)確度要求，能夠作為多用途電流傳感器使用。 在電子式電壓互感器方面，基于精密電阻分壓器的新型傳感器在原理、結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)等方面與傳統(tǒng)的電壓互感器有很大不同，本文設(shè)計(jì)了一種可替代10kV電磁式電壓互感器的精密電阻分壓器。通過試驗(yàn)研究與計(jì)算分析，得出其性能主要受電阻特性和雜散電容的影響，并給出了減小其誤差的方法。測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的10kV精密電阻分壓器的準(zhǔn)確度滿足IEC 60044-7標(biāo)準(zhǔn)要求，可達(dá)0.2級(jí)。 電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)之一是內(nèi)部的數(shù)字化以及其標(biāo)準(zhǔn)化接口，本文以10kV組合型電子式互感器為對(duì)象設(shè)計(jì)了一種實(shí)用化的數(shù)字系統(tǒng)。以精密電阻分壓器作為電壓傳感器，電流傳感器則采用基于數(shù)據(jù)融合算法的LPCT和PCB空心線圈的組合結(jié)構(gòu)。本文首先解決了互感器間的同步與傳感器間的內(nèi)部同步問題，進(jìn)而依照IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了組合型電子式互感器的100M以太網(wǎng)接口。 電子式電流互感器在高電壓等級(jí)的應(yīng)用研究中，ECT高壓側(cè)的電源問題是關(guān)鍵技術(shù)之一。論文首先分析了兩種電源方案：取電CT電源和激光電源。取電CT電源通過一個(gè)特制的電流互感器(取電CT)，直接從高壓側(cè)母線電流中獲取電能。在取電CT和整流橋之間設(shè)計(jì)一個(gè)串聯(lián)電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應(yīng)電壓并限制了取電CT的輸出電流，起到了穩(wěn)定電壓和保護(hù)后續(xù)電路的作用。激光電源方案以先進(jìn)的光電轉(zhuǎn)換器、半導(dǎo)體激光二極管和光纖為基礎(chǔ)，單獨(dú)一根上行光纖同時(shí)完成供能和控制信號(hào)的傳輸，在不影響光供能穩(wěn)定性的情況下，數(shù)據(jù)通信完成在短暫的供能間隔中。在高電位端控制信號(hào)通過在能量變換電路中增加一個(gè)比較器電路被提取出來。本文還提出了一種將兩種供能方式結(jié)合使用的組合電源，并設(shè)計(jì)了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區(qū)問題，延長(zhǎng)了激光器的使用壽命。作為綜合應(yīng)用實(shí)例，設(shè)計(jì)并完成了以LPCT為傳感器、由組合電源供能、采用低功耗技術(shù)的高壓電子式電流互感器。互感器高壓側(cè)的一次轉(zhuǎn)換器能夠提供兩路傳感器數(shù)據(jù)通道，并且具有溫度補(bǔ)償和采集通道的自校正功能，在更寬溫度、更大電流范圍內(nèi)保證了極高的測(cè)量精度：互感器低電位端的二次轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字和模擬接口，可以接收數(shù)據(jù)并發(fā)送命令來控制一次轉(zhuǎn)換器，包括同步和校正命令在內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)可以通過同一根供能光纖傳送到一次轉(zhuǎn)換器。該互感器具有在線監(jiān)測(cè)功能，這種預(yù)防性維護(hù)和自檢測(cè)功能夠提示維護(hù)或提出警告，提高了可靠性。系統(tǒng)測(cè)試表明：具有低功耗光纖發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路的一次轉(zhuǎn)換器平均功耗在40mw以下：上行光纖中通信波特率可以達(dá)到200kb/s，下行光纖中更是高達(dá)2Mb/s；系統(tǒng)準(zhǔn)確度同時(shí)滿足IEC6044-8標(biāo)準(zhǔn)對(duì)0.2S級(jí)測(cè)量和5TPE級(jí)保護(hù)電子式互感器的要求。
標(biāo)簽： 電子式互感器 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)作為交流伺服系統(tǒng)的主流，在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能。因此，精心設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本課題系統(tǒng)研究了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的本體設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)方法、性能計(jì)算、有限元分析、參數(shù)計(jì)算、控制仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等。 首先，綜述和分析了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展前景，研究了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和方法。開發(fā)了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的電磁計(jì)算程序，結(jié)合有限元計(jì)算數(shù)值的校正，完成對(duì)樣機(jī)的性能計(jì)算，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。 接著，深入分析永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，得到充磁方式、極弧系數(shù)、不均勻氣隙、永磁體厚度等因素對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響，繪制了各因素對(duì)氣隙磁場(chǎng)基波和諧波總量影響的曲線，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場(chǎng)。并拓展研究總結(jié)了不同永磁體形狀和尺寸對(duì)永磁直流電動(dòng)機(jī)在換向和性能上的影響，取得有實(shí)用價(jià)值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet電磁分析軟件建立了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的有限元分析模型，深入研究了電機(jī)的反電勢(shì)波形、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能和齒槽轉(zhuǎn)矩，計(jì)算了直、交軸同步電抗等重要參數(shù)。建立了永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并進(jìn)行了仿真研究。 最后，對(duì)永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析，包括反電勢(shì)波形與磁場(chǎng)波形測(cè)試、性能曲線測(cè)試、直交軸同步電抗的測(cè)量。對(duì)測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。
標(biāo)簽： 永磁同步 伺服 電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-08-04
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永磁同步發(fā)電機(jī)由于一系列高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、國(guó)防和日常生活中得到廣泛應(yīng)用，并且受到許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《無刷無勵(lì)磁機(jī)諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的研究》的課題，主要研究永磁電機(jī)的電磁場(chǎng)空載和負(fù)載計(jì)算，求出永磁電機(jī)的電壓波形和電壓調(diào)整率，為分段式轉(zhuǎn)子的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的研究奠定基礎(chǔ)，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發(fā)電機(jī)的基本原理，包括永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和永磁同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，采用傳統(tǒng)解析理論給出了電壓調(diào)整率的計(jì)算方法及外特性的計(jì)算模型；然后用有限元ANSYS對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模，經(jīng)過定義分配材料、劃分網(wǎng)格、加邊界條件和載荷、求解計(jì)算等，得到矢量磁位Az、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等結(jié)果，直觀地看出電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布情況。 其次根據(jù)電磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)用齒磁通法對(duì)其進(jìn)行后處理。該方法求解轉(zhuǎn)子在一個(gè)齒距內(nèi)不同位置處的磁場(chǎng)，以定子齒的磁通為計(jì)算單位，根據(jù)繞組與齒的匝鏈關(guān)系，計(jì)算出磁鏈隨時(shí)間的變化，進(jìn)而得到永磁同步發(fā)電機(jī)空、負(fù)載時(shí)電壓大小及波形。通過計(jì)算結(jié)果寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了齒磁通法的正確性，為計(jì)算永磁同步發(fā)電機(jī)各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的外特性進(jìn)行了深入研究，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)外特性的影響規(guī)律，提出了有效降低電壓調(diào)整率的方法的是：增加氣隙長(zhǎng)度g的同時(shí)，適當(dāng)增加永磁體的磁化方向的長(zhǎng)度hm；此外，要盡量的減少每相串聯(lián)匝數(shù)N和增大導(dǎo)線面積以減小阻抗參數(shù)。通過改變電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)其電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，找到永磁電機(jī)電壓調(diào)整率的變化規(guī)律，為加電勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)做準(zhǔn)備，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
標(biāo)簽： 永磁同步 發(fā)電機(jī) 磁場(chǎng)分析
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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燃料電池電動(dòng)汽車DC/DC變換器的諸如工作電壓、電流、效率、體積、重量、溫度這些參數(shù)指標(biāo)中溫度參數(shù)是一個(gè)尤為重要的參數(shù)。如何對(duì)DC/DC變換器內(nèi)部多點(diǎn)溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從而為DC/DC變換器提供可靠的溫度參數(shù)就成為本課題的直接來源和選題依據(jù)。 USB總線具有即插即用、使用方便、易于擴(kuò)展以及抗干擾能力強(qiáng)等其它總線無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。如今USB已經(jīng)成為PC上的標(biāo)準(zhǔn)接口，并迅速占領(lǐng)了計(jì)算機(jī)中、低速外設(shè)的市場(chǎng)。而且隨著計(jì)算機(jī)功能的不斷強(qiáng)大，虛擬儀器技術(shù)也在不斷發(fā)展。它代表了測(cè)量與控制技術(shù)的未來發(fā)展方向。本課題的研究目的就是希望將USB總線技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到測(cè)量系統(tǒng)中，充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的資源，設(shè)計(jì)一個(gè)基于USB總線和LabVIEW的多路溫度測(cè)試儀。 在了解DC/DC變換器內(nèi)部主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮測(cè)試系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，選用擴(kuò)展了USB功能的微控制器芯片STM32F103和高精度溫度傳感器PT1000完成了基于恒流源的多通道溫度檢測(cè)電路原理圖與印刷電路板設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)USB協(xié)議和電子芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的基礎(chǔ)上編寫了測(cè)試儀的下位機(jī)固件程序。通過LabVIEW中的NI—VISA開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)與USB設(shè)備的通信功能。在LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)中編寫用戶界面并建立合理的報(bào)表生成系統(tǒng)，有效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)提供用戶查詢。 直接在LabVIEW環(huán)境下通過NI—VISA開發(fā)能驅(qū)動(dòng)用戶USB系統(tǒng)應(yīng)用程序，完全避開了以前開發(fā)USB驅(qū)動(dòng)程序的復(fù)雜性，大大縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)成本。設(shè)計(jì)完畢后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件聯(lián)調(diào)，通道標(biāo)定和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并進(jìn)行了精度分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明課題在這一研究過程中取得了預(yù)期的良好結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-06-07
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在傳統(tǒng)的直線驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，都是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供原動(dòng)力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。這樣的設(shè)置，不僅在中間傳動(dòng)過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產(chǎn)生的噪聲也非常明顯，同時(shí)也給系統(tǒng)的維護(hù)工作帶來了麻煩。 直線電機(jī)的出現(xiàn)可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的能力，直線電機(jī)已經(jīng)在機(jī)床驅(qū)動(dòng)、集成電路組裝等場(chǎng)合逐漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位置。 自19世紀(jì)中期直線電機(jī)的概念被首次提出以來，經(jīng)過孕育、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)和實(shí)用這四個(gè)階段的發(fā)展，并借助于電力電子技術(shù)，以及日漸成熟的直線電機(jī)控制技術(shù)，直線電機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等各個(gè)方面。 與旋轉(zhuǎn)電機(jī)類似，按工作原理的不同，直線電機(jī)也有著各種類型，應(yīng)用較多的是直線步進(jìn)電機(jī)、直線同步電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)。其中直線步進(jìn)電機(jī)更多的是應(yīng)用在需要精確定位的場(chǎng)合，比如半導(dǎo)體工業(yè)；后兩者則被應(yīng)用在需要連續(xù)和大推力的場(chǎng)合，比如機(jī)床。而直線同步電機(jī)，尤其是永磁直線同步電機(jī)，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優(yōu)點(diǎn)受到了更多的青睞，與此同時(shí)，由于沒有了勵(lì)磁繞組，電機(jī)的整個(gè)結(jié)構(gòu)也得以簡(jiǎn)化。另一方面，我國(guó)豐富的稀土資源也為這種電機(jī)的發(fā)展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機(jī)，目前國(guó)內(nèi)仍缺乏系統(tǒng)化的永磁直線同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，例如使用雙層疊繞組方案。通過對(duì)實(shí)際電機(jī)的軟件模擬，我們發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)思路的表現(xiàn)并不能令人滿意，比如造成了動(dòng)子線圈槽滿率過大，電機(jī)設(shè)計(jì)難以形成系列化等缺點(diǎn)，而電機(jī)本身輸出推力的波動(dòng)也較大。 針對(duì)傳統(tǒng)方案的一系列缺點(diǎn)，本文提出了一種新的永磁直線同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案。該方案基于“單元電機(jī)”的概念，使用單層同心式線圈。當(dāng)目標(biāo)推力要求變化時(shí)，只需改變“單元電機(jī)”的數(shù)目和排列組合的方式，就可以達(dá)到改變的目的。而每個(gè)單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復(fù)雜的繞組設(shè)計(jì)，這就給電機(jī)的系列化設(shè)計(jì)帶來了便捷。同時(shí)，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場(chǎng)有限元分析軟件MagNet對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行了模擬，并得到了電機(jī)的額定輸出推力曲線和反電動(dòng)勢(shì)曲線，輸出推力曲線較之傳統(tǒng)方案也更平穩(wěn)。體現(xiàn)了該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越性。
上傳時(shí)間： 2013-06-29
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低壓電器電弧運(yùn)動(dòng)過程三維成像理論及運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究在國(guó)內(nèi)外取得了一定的進(jìn)展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術(shù)涉及到電器學(xué)、數(shù)值計(jì)算、圖像處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域，加之電弧復(fù)雜的非線性特性及其瞬時(shí)特性，導(dǎo)致測(cè)量研究的困難，在電弧機(jī)理、性能分析和模型設(shè)計(jì)等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機(jī)構(gòu)的三維有限元分析、電器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、電弧動(dòng)態(tài)特性研究等方面，存在大量的工作要做。對(duì)這些問題的深入研究，可以更好地認(rèn)識(shí)電器觸頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中極其復(fù)雜的電、熱、磁、機(jī)械等一系列現(xiàn)象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程，本文在研究開關(guān)電器電弧圖像增強(qiáng)及運(yùn)動(dòng)過程三維可視化的基礎(chǔ)上，分析電弧形成機(jī)理、電弧特性和運(yùn)動(dòng)形態(tài)的基本理論，進(jìn)一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應(yīng)，建立其運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數(shù)字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測(cè)、圖像增強(qiáng)。本文提出一種基于小波變換的圖像增強(qiáng)和直方圖的圖像增強(qiáng)算法，在保留電弧弧柱強(qiáng)特征的同時(shí)，突出顯示電器動(dòng)觸頭圖像特征使增強(qiáng)后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動(dòng)態(tài)過程分析和電弧可視化模型的構(gòu)建提供有效的分析基礎(chǔ)，并取得良好的電弧圖像增強(qiáng)效果。本文構(gòu)造了基于比色測(cè)溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數(shù)據(jù)處理等硬件裝置，對(duì)試驗(yàn)采集裝置進(jìn)行了標(biāo)定；將醫(yī)學(xué)上成功應(yīng)用的計(jì)算機(jī)層析成像理論，應(yīng)用于對(duì)電弧進(jìn)行三維溫度場(chǎng)重建的研究，構(gòu)造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，通過對(duì)觸頭邊緣檢測(cè)的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對(duì)輻射拾取光路進(jìn)行校準(zhǔn)，編制了系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)電弧三維溫度場(chǎng)的重建。研究數(shù)學(xué)模擬計(jì)算方法，提出了適合低壓電器電弧數(shù)學(xué)模型計(jì)算的方法。用計(jì)算機(jī)求解獲得以前依靠實(shí)驗(yàn)才能獲得的開斷波形及運(yùn)動(dòng)過程，將理論分析、試驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)仿真有機(jī)結(jié)合起來，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加科學(xué)和準(zhǔn)確，可以大大減少設(shè)計(jì)周期，減少試驗(yàn)的盲目性和費(fèi)用，有利于提高電器產(chǎn)品的技術(shù)性能，對(duì)于新產(chǎn)品開發(fā)，優(yōu)化滅弧室設(shè)計(jì)及模擬實(shí)驗(yàn)，具有十分重要的意義。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)作為工業(yè)裝備重要驅(qū)動(dòng)源之一的伺服系統(tǒng)的性能提出了越來越高的要求。永磁同步電機(jī)( PMSM)作為交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、效率高、易于散熱及維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，正得到越來越廣泛地應(yīng)用。要構(gòu)建高性能的伺服系統(tǒng)，好的伺服控制系統(tǒng)則必不可缺，本論文主要圍繞高性能的永磁同步電流伺服控制系統(tǒng)這一主題展開研究。 根據(jù)永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)dq數(shù)學(xué)模型，從實(shí)現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)矩控制出發(fā)，對(duì)永磁同步電機(jī)的矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等控制策略進(jìn)行了比較分析。針對(duì)本伺服系統(tǒng)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用了具有線性控制轉(zhuǎn)矩特性，能獲得比較平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩輸出的基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的id=0的矢量控制策略，同時(shí)還介紹了該策略的重要組成部分空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，并在MATLAB仿真平臺(tái)對(duì)所選控制方案進(jìn)行了仿真研究。 對(duì)控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析了針對(duì)16位定點(diǎn)DSP控制器TMS320LF2407A的程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)，建立了電機(jī)的標(biāo)幺值模型，解決了變量的定標(biāo)問題。并介紹了電機(jī)控制程序的總體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。 為實(shí)現(xiàn)高性能的伺服控制系統(tǒng)，使伺服系統(tǒng)輸出平滑的轉(zhuǎn)矩，本文還對(duì)電壓型PWM逆變器“死區(qū)效應(yīng)”引入的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了分析，分析表明了在永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，由“死區(qū)效應(yīng)”造成的誤差電壓矢量與永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，并應(yīng)用一種實(shí)用的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)的性能。 最后在伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)性能可靠且擁有優(yōu)良的調(diào)速性能。
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-18
上傳用戶：scorpion
同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能，在大功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域獨(dú)占螯頭。同步電機(jī)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的最大缺點(diǎn)是起動(dòng)困難。目前，大功率同步電機(jī)的軟起動(dòng)大多采用靜止變頻器起動(dòng)方式，但由于變頻器多采用晶閘管作為功率器件從而要依靠電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)才能自行關(guān)斷并且輔助設(shè)備較多。而一旦逆變器換流失敗就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗。針對(duì)晶閘管不能自行關(guān)斷的缺點(diǎn)，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的起動(dòng)方法。 @@ 首先，根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)的工作原理對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)全壓異步起動(dòng)方法進(jìn)行了仿真研究，得出了起動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)相電流、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化曲線。針對(duì)異步起動(dòng)過程中定子繞組產(chǎn)生過大沖擊電流的問題，提出了逐級(jí)變頻的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)方法。闡述了逐級(jí)變頻開環(huán)控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的原理，即通過逐級(jí)改變變頻器輸出頻率使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速逐級(jí)升高至額定值。推導(dǎo)出起動(dòng)過程中變頻器逐級(jí)變化的頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的關(guān)系式。通過對(duì)一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)做工頻起動(dòng)和低頻起動(dòng)的仿真研究，證明了同步電動(dòng)機(jī)在低頻下依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩自行起動(dòng)的可行性。通過計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到相應(yīng)同步轉(zhuǎn)速的時(shí)間來確定變頻器逐級(jí)升高的電壓頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律。然后，在采用電壓型交直交變頻器作為同步電機(jī)變頻電源的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了恒壓頻比逐級(jí)變頻軟起動(dòng)的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構(gòu)建了轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并且分別對(duì)空載起動(dòng)和負(fù)載起動(dòng)過程進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速開環(huán)控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的可行性。 @@ 針對(duì)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的并網(wǎng)問題進(jìn)行了理論分析，并研究了相應(yīng)的并網(wǎng)控制方案。應(yīng)用MATLAB/SIMULINK對(duì)并網(wǎng)過程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，給出并網(wǎng)瞬間電網(wǎng)電壓、同步電機(jī)相電流等參數(shù)變化曲線，從而驗(yàn)證了并網(wǎng)方案的可行性。 @@ 最后，對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，并展望了大功率同步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)技術(shù)。 @@關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；軟起動(dòng)；變頻器；恒壓頻比
標(biāo)簽： 大功率 同步電機(jī) 軟起動(dòng)
上傳時(shí)間： 2013-05-26
上傳用戶：assss
伺服系統(tǒng)是一種輸出能夠快速而精確地響應(yīng)外部的輸入指令信號(hào)的控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)在工業(yè)控制和家用電氣、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)伺服設(shè)備的性能也提出了越來越高的要求。因此，研制高性能、高可靠性的交流伺服系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 在伺服領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行方式上具有比其它類型的傳統(tǒng)伺服電機(jī)更為優(yōu)秀的運(yùn)行性能和更廣泛的適用范圍，被越來越多的應(yīng)用到交流伺服系統(tǒng)。以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)、以永磁同步電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)，采用高性能控制策略的全數(shù)字化永磁同步交流伺服控制系統(tǒng)必將成為伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。 本論文在研究永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了磁場(chǎng)定向矢量控制理論，確定了id=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。本文采用TI公司生產(chǎn)的專門用于電機(jī)控制的數(shù)字信號(hào)控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作為控制系統(tǒng)核心處理芯片，設(shè)計(jì)了一套基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)。論文詳細(xì)論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括功率驅(qū)動(dòng)電路，供電電路與電源電路以及傳感器電路等等。軟件開發(fā)均在TI的CCStudl02.2集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用匯編語言編寫，完成了主程序模塊和子程序模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電流A/D采樣、模型切換、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)等功能，實(shí)現(xiàn)了位置、速度和電流雙閉環(huán)矢量控制，同時(shí)給出了主程序和各個(gè)子程序模塊的流程圖。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DSP實(shí)現(xiàn)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、速度超調(diào)小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等特點(diǎn)，具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性以及較高的精度。基本達(dá)到了課題預(yù)期的效果，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機(jī) 伺服系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
上傳用戶：bpbao2016
繞組勵(lì)磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)大功率場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。目前開發(fā)高性能繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場(chǎng)定向矢量控制（FOC）。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，在交流傳動(dòng)領(lǐng)域中，越來越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，交直交型繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對(duì)繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論探討，并進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻(xiàn)，對(duì)幾種常見的同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜述，分析了同步電機(jī)變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無傳感器技術(shù)在同步電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測(cè)方法和基于外加信號(hào)的激勵(lì)法。隨后，對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置的估計(jì)進(jìn)行了綜述，其方法有：基于電機(jī)定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，高頻信號(hào)注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計(jì)法和基于相電感計(jì)算法等。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)的研究還很少。 @@ 對(duì)繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制的理論進(jìn)行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢(shì)等效原理，將三相靜止交流信號(hào)等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號(hào)，將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的電壓矩陣方程、功率方程和運(yùn)動(dòng)方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。忽略同步電機(jī)d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機(jī)αβ靜止坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)磁通觀測(cè)器來估計(jì)轉(zhuǎn)子磁通，實(shí)現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測(cè)器采用降維觀測(cè)器，僅對(duì)轉(zhuǎn)子磁通分量進(jìn)行重構(gòu)，并通過極點(diǎn)配置算法，合理配置觀測(cè)器的極點(diǎn)，使觀測(cè)器滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，達(dá)到磁通觀測(cè)的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對(duì)稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個(gè)有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個(gè)開關(guān)矢量和兩個(gè)零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計(jì)算各有效開關(guān)矢量的作用時(shí)間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個(gè)扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時(shí)間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實(shí)現(xiàn)了SVPWM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運(yùn)行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點(diǎn)。 @@ 空間矢量過調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過調(diào)制方法。過調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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