本文對永磁無刷直流電機恒功率弱磁研究進行了較為全面的從仿真到實驗、從理論到實踐的深入研究,同時對傳統面貼式永磁無刷直流電機和復合轉子結構的永磁無刷直流電機進行了詳盡地理論分析,系統地提出了關于復合轉子結構永磁無刷直流電機一套較為完善的理論.本文首先從BLDCM的導通規(guī)律和繞組結構入手,真實模擬了傳統面貼式永磁無刷直流電機弱磁調速的物理過程,并獲得其在恒轉矩和恒功率模式下的解析表達式.從而直觀的反映了BLDCM的弱磁機理,獲得了影響其恒功率速度范圍的關鍵參數.借鑒復合轉子結構在永磁同步電機恒功率弱磁中的成功運用,將這種結構引入永磁無刷直流電機中,并完成了兩臺不同磁阻形式和功率、電壓等級的原型樣機的研制.針對原有d、q軸法的局限性,提出了真實模擬永磁無刷直流電機導電方式的場路結合法實現對永磁無刷直流電機的弱磁分析.在場路結合法分析的基礎上,提出了磁阻段提高恒功率速度范圍的真實原因,并進一步提出了采用永磁段、磁阻段雙d軸錯角以擴大轉速范圍的新思想,并在實踐中驗證了這種雙軸空間錯角技術的有效性.從而為復合轉子結構永磁電機運行性能優(yōu)化提供了新的可供選擇的調節(jié)手段.
上傳時間: 2013-08-02
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隨著電力電子器件、永磁材料、微機、新型控制理論和電機理論的發(fā)展,無刷直流電機的技術優(yōu)勢逐漸凸顯,近年來在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣應用。大功率無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統效率、可靠性要求較高的場合,在國內,近年來也引起了廣泛興趣。本課題對大功率無刷直流電機進行預研,以兩臺無刷直流電機樣機為研究對象進行分析和電磁設計研究。首先計及電樞繞組電感,從分析換相過程入手,建立了三相星型六狀態(tài)工作模式下,電壓源型無刷直流電機的數學模型,并基于此模型,通過仿真和實驗,對該種無刷直流電機的電磁轉矩系數、反電勢系數、機械特性和電樞等效電阻等進行了深入研究,分析表明電樞繞組電感對上述各系數和特性存在較大影響,因此在大功率無刷直流電機設計和分析中,電樞繞組電感必須予以考慮。其次,本文對等效磁路法、電磁場有限元法和等效磁網絡法以及它們在無刷直流電機電磁設計中的應用進行了比較研究,提出了采用有限元法計算漏磁系數、計算極弧系數、電樞計算長度和氣隙系數,然后把它們應用到等效磁路法中進行空載特性計算,而采用電磁場有限元法分析負載特性的場路結合法。以此為基礎,編制了無刷直流電機電磁設計軟件,并將其應用于兩臺樣機的設計,通過與電磁場有限元法計算結果和實驗數據進行對比,驗證了該方法的準確性。最后對兩臺樣機的電樞反應及其影響進行了仿真和實驗研究,分析發(fā)現q軸電樞反應是影響切向磁化結構的無刷直流電機性能的主要因素,設計中需采取措施抑制q軸電樞反應的影響。
上傳時間: 2013-04-24
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變電站是電力系統的一個重要環(huán)節(jié),它的運行情況直接影響到電力系統的可靠、經濟運行。一個變電站運行情況的優(yōu)劣,在很大程度上取決于其二次設備的工作性能。現在的變電站有三種運行模式:一種是常規(guī)變電站,一種是部分實現微機管理、具有一定自動化水平的變電站,再有一種是實現無人值班、全面微機化的綜合自動化變電站。在常規(guī)變電站中,其繼電保護、中央信號系統、變送器、遠動及故障錄波裝置等所有二次設備都是采用傳統的分立式設備,而且站內配備大量控制、保護、記錄用屏盤。使裝備設置復雜,占地面積大,日常維護管理工作繁重。這種常規(guī)變電站的一個致命弱點是不具備自診斷能力,對二次系統本身的故障無法監(jiān)測。因此,這種常規(guī)變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運行的可靠性及經濟性,一個最有效的方法就是提高變電站運行管理的自動化水平,實現變電站的綜合自動化,以微機化的新型二次設備取代傳統使用的分立式設備。開發(fā)集保護、控制、監(jiān)測及遠動等功能為一體的新型設備,并實現設備共享、信息資源共享,使變電站設計簡捷、布局緊湊,運行更加可靠安全。 隨著微型計算機技術、集成電路技術的迅速發(fā)展,原來越多的新技術和新產品應用到變電站的二次設備中去,使變電站的二次設備得到不斷的更新換代。該項研究把一種新型的低壓電能量測量芯片與高性能的數字信號處理器(DSP)結合起來,利用DSP體積小、功能強、功耗低、速度快、性價比高等優(yōu)點,設計出新型的變電站線路測控單元,實現對高壓線路的測量、監(jiān)視和控制,這種新型的二次設備比傳統的二次設備具有更高的精度和更快的相應速度。 與此同時,網絡理論和技術的發(fā)展,也使變電站監(jiān)控系統的結構發(fā)生了很大的變化,由原來的集中控制型逐步過渡到功能分散、模塊化的分散網絡型,通過現場總線,使主控室和現場之間的聯系變成了串行通信聯系,從而提高的系統的可靠性和可維護性。CAN總線應用于變電站的監(jiān)控系統中,組成變電站的數據通信網絡,可以提高系統的抗干擾能力和容錯能力。 該文就以上的兩個方面進行研究和設計,主要內容包括:一是在簡單介紹新型電能測量芯片和DSP的基本知識的基礎上,提出了一個變電站測控單元的設計方案,并從從硬件和軟件兩個方面進行了詳細的介紹,主要部分是對測量模塊的設計;二是系統的通信接口模塊設計,從硬件和軟件方面詳細的介紹了通信模塊的三種不同的通信接口的設計,分別是RS-232串行通信、RS-485總線通信、CAN總線通信;三是在分析現代測控系統發(fā)展歷史,指出了現場總線測控系統的優(yōu)越性;四是設計出的測控系統單元的基礎上,利用CAN現場總線構建變電站的綜合監(jiān)控系統。 該文提出的方案、技術以及結論對于變電站監(jiān)控系統和自綜合動化系統的研究開發(fā)、工程設計都具有實際的參考意義。
上傳時間: 2013-04-24
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艦船、飛機、移動通訊、石油鉆井平臺等獨立系統中有許多交直流電力并存的場合,需要實現發(fā)供電系統的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質。常規(guī)的電勵磁發(fā)電機因為帶有電刷使供電系統的運行安全存在隱患,并且勵磁機的使用增加了電機的體積和損耗。為使系統節(jié)能高效,本文設計并制作了應用于獨立交直流電力系統的交直流永磁同步發(fā)電機。永磁電機定子上帶有三套三相繞組,一套繞組用于提供交流電力,其余的兩套繞組相位互差30度電角度,接整流器為直流負載供電。文中對電機的設計以及電機的基本性能進行探討。為了減小永磁發(fā)電機的電壓調整率,在電機的交軸與電機的永磁磁極尾部之間加一軟磁材料,通過增加電機負載時的交軸電抗壓降,來改善電機的電壓調整率。 首先,針對永磁電機設計的特殊性,應用二維有限元法計算電機的電磁場以確定電機的主要尺寸,并討論了不同軟磁材料尺寸對電機的影響。文中還根據電磁場的計算結果,應用傅立葉級數計算了電機的空載感應電動勢以用于預測電機的性能,使用能量攝動法計算了計及飽和、槽影響下的電機電感參數。考慮到永磁材料的溫度性能問題,應用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩(wěn)態(tài)時的溫度場。 然后,為了了解永磁同步發(fā)電機的主要電磁關系,研究了電機的數學模型,推導了考慮漏磁時具有三套互差一定電角度三相繞組的永磁發(fā)電機在dq0坐標系下的方程,可以看到,在dq0坐標系下電機的電感參數為常數。這樣,利用這個特性,在對電機運行性能進行研究時,可以得到簡化電磁方程。根據電機穩(wěn)態(tài)運行時的方程,得到了電機的向量圖。 因為帶有多套繞組的永磁電機中含有較多的諧波,而采用dq0坐標系下的方程會忽略掉氣隙磁場中的諧波分量,為了對電機的仿真更加精確,電機仿真時采用電機在ABC坐標系下的基本電磁方程。應用Matlab/SimPowerSystems中的模塊搭建電機的仿真模型,永磁體的影響用感應電動勢來表示。根據仿真結果與樣機試驗結果的比較發(fā)現,兩者吻合良好。 另外,本文還設計了一臺電勵磁的交直流發(fā)電機,電磁設計結果表明,永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優(yōu)勢。
上傳時間: 2013-04-24
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永磁無刷直流電動機利用轉子上的永磁體激磁,采用電子換相取代機械換相,結構簡單、體積小、效率高,在許多領域得到了廣泛應用。但是,由于永磁無刷直流電動機本身存在較大的轉矩脈動,從而使電機運行性能存在缺陷,限制了它在精密傳動系統中的應用。本文在開發(fā)完成永磁無刷直流電動機控制系統的基礎上,針對如何減小和抑制自控式永磁電動機轉矩脈動這一問題,提出了一種混合控制策略:利用原有的六個離散位置信號,在三三導通控制策略的基礎上,融入矢量控制策略,使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉子磁勢盡量保持在90°左右,來實現近似正弦波電流驅動,可以在不增加系統成本的基礎上,較好地抑制電磁轉矩脈動,并通過實驗驗證其正確性,其主要內容如下: 第二章主要闡述了永磁無刷直流電動機的運行原理,給出了電機的數學模型,在此基礎上,利用Matlab/Simulink軟件建立了電機及控制系統的仿真模型,并給出了仿真和實驗波形。 第三章介紹基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流無刷電機控制器的設計,并對系統主電路、驅動模塊、電流檢測、過壓保護等電路作了詳細的介紹,對設計中容易出現的問題進行分析,搭建了整個系統的硬件平臺。 第四章介紹了常規(guī)的矢量控制技術,提出了一種混合控制策略的新方法:利用霍爾位置傳感器的六個位置信號,使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉子磁勢盡量保持在90°左右,從而達到控制器簡單、轉矩脈動降低的目的。并分析了這種控制策略在勻速、加減速情況下的運行性能。 第五章在前幾章分析的基礎上,完整給出了混合控制策略的軟件編程方法,并按照模塊化的思想,把軟件分成多個獨立模塊,并重點介紹了系統啟動、轉速計算、轉子位置計算、sinθ和cosθ的計算、PWM輸出等幾個部分,并給出實驗波形驗證其可行性。
上傳時間: 2013-05-30
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稀土永磁無刷直流電動機采用高磁能積的稀土永磁材料,同時采用電子換向技術去掉了電刷,使得它具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、損耗小、效率高、運行特性優(yōu)良等特點,從而廣泛應用于航空航天、精密儀器、工業(yè)控制等許多對電機運行性能要求較高的場合。因此,對稀土永磁無刷直流電機的研究具有重要的意義。本文對稀土永磁無刷直流電動機設計方法和分析方法進行了研究: 永磁電機設計計算中傳統的一般采用比較簡單的磁路法,用磁鋼工作圖計算靜態(tài)及動態(tài)的工作點,這顯然不能滿足精確性的要求。本文采用了場路結合的方法,首先利用磁路法對電機進行初步設計,然后建立有限元分析模型對電機的參數和性能進行精確分析,采用這樣的方法不但可以滿足精確性要求,同時可以縮短設計周期。 本文把有限元方法引入到了對電機性能影響較大的重要系數(如空載漏磁系數、電樞計算長度、計算極弧系數和氣隙系數等)及性能參數反電動勢、電磁轉矩、電感的計算中。以電機內磁場有限元分析為基礎的設計結果體現了較高的精確度;同時,由于在大功率、高轉速的永磁無刷直流電動機中,電流受漏感的影響從而改變了電機的性能,因此漏感的作用不容忽視。本文推導了稀土永磁無刷直流電動機漏電感計算的有限元方法,引入了電機等效電阻系數,并針對電磁轉矩脈動和齒槽轉矩脈動的產生的原因,給出了多種有效的抑制方法,使電機設計更為合理。最后介紹了電機測試平臺的搭建和具體的測試方法,以驗證用戶關心的電機性能參數在電機設計中的正確性。
上傳時間: 2013-06-09
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永磁無刷直流電動機是一種集電機和電子一體化的高新技術產品,它以其體積小、重量輕、慣量小、控制簡單和動態(tài)性能好等優(yōu)良特性,被廣泛應用于工業(yè)、交通、消費電子、航空航天、軍事等領域,對永磁無刷直流電動機的研究具有十分重要的意義。 通常的永磁無刷直流電動機由永磁同步電動機、逆變器以及安裝在轉子軸上的位置傳感器構成。逆變器的驅動信號與轉子位置信號同步從而保證在任意的速度下定子繞組電流與轉子磁場同步。 本文系統研究了永磁無刷直流電動機本體及驅動控制系統,取得了有價值的研究成果。 1)本文查閱了大量的文獻資料,全面總結和分析了永磁無刷直流電動機的研究現狀,闡述了永磁無刷直流電動機的運行和控制機理。 2)在分析永磁無刷直流電動機的性能與運行原理的基礎上,設計了以PIC16F877A單片機為核心的永磁無刷直流電動機調速系統,并進行了實驗研究。 3)利用Matlab/Simulink對永磁無刷直流電動機系統建立動態(tài)仿真模型,結合實驗所得參數進行仿真,結果證明所建仿真模型的正確性和有效性。 4)在Matlab下對永磁無刷直流電動機可能會出現的各種故障進行了仿真研究,表明了永磁無刷直流電動機具有良好的容錯性能。 5)基于磁路法設計了一套永磁無刷直流電動機的電磁設計程序,給出了計算實例。 6)給出了計及齒槽影響的永磁無刷直流電動機電感參數的解析計算,與有限元法計算結果對比,表明此方法的正確性和精確性;在星形連接的兩兩導通方式下,分析計算得到計及繞組電感的永磁無刷直流電動機的平均電流穩(wěn)態(tài)電路模型,結果表明計及電感參數的電樞電流較小,轉速相應降低;推導出了在三角形連接的兩兩導通方式下,計及繞組電感的相電流解析式。
上傳時間: 2013-04-24
上傳用戶:熊少鋒
隨著采煤自動化技術的發(fā)展,對煤礦井下供電系統可靠性、安全性和連續(xù)性的要求越來越高的要求,因此對礦用隔爆型高壓開關智能綜合保護系統的研究具有重要的理論和應用價值。隨著微機保護的發(fā)展,一些新的保護原理和方案,受到越來越多的關注,并逐步得到實際應用。然而這些新方法在改善保護性能的同時也對微機保護裝置的計算精度、速度和尋址空間等提出了更高的要求,因而也對構成微機保護裝置的硬件平臺提出了更高的要求。針對以上問題本文提出了一種新的微機保護設計方案,設計了一種基于DSP 和單片機雙CPU 結構的微機保護系統,并應用于高壓開關裝置當中DSP 作為主CPU 芯片主要完成數據采集、數據處理和保護等功能,8051 作為從CPU 主要完成鍵盤處理、液晶顯示處理和通訊等人機對話功能。此雙核結構具有并行工作,分工明確的優(yōu)點,既保證了繼電保護的速動性,選擇性、靈敏性和可靠性,又實現了實施測量的高精度。 本文首先根據礦井高壓電網的實際情況,從理論上分析了礦井高壓電網常見故障的電氣特征,并參照相關標準制定了相應的保護原理和動作指標,尤其是針對礦井供電系統中普遍采用中性點不接地的情況,采用了“基于零序功率方向型”的選擇性漏電保護原理。然后分析了交流采樣、直流采樣方法的優(yōu)缺點,確定了高壓防爆開關保護系統的采樣方式。 保護系統的硬件是實現保護原理的平臺,其穩(wěn)定性和可靠性直接影響到保護功能的實現。本微機保護系統是基于DSP 和單片機的雙CPU 微機線路綜合保護測控裝置,DSP 的采用大大提高了保護裝置的數據處理速度,雙CPU 結構大大提高了裝置的可靠性。另外,該裝置不僅可以完成繼電保護功能,而且緊隨當前電力系統自動化發(fā)展的需要,還可以完成測量、控制、數據通訊的功能,亦即實現保護、控制、測量、數據通訊一體化。
上傳時間: 2013-05-17
上傳用戶:2007yqing
傳統污水系統采用繼電器調節(jié)控制,容易漂移,且不能智能化,無法保證泵站及時可靠運行。而以單片機為基礎的微型控制機抗干擾能力差,工作期間調整點不穩(wěn)定,系統容易死機,需要經常到現場服務調節(jié),無法及時準確掌握污水泵站的運行狀態(tài)。采用可編程控制器控制,系統運行可靠,基本可以做到免維護調整。 本文針對污水泵站的性能要求和PLC的技術特點,研究了基于DCS測控系統的控制與管理。該系統是以SIEMENS公司的S7-200系列小型PLC作遠程終端,以工業(yè)PC機作上位機的主從式一點對多點監(jiān)控網絡。工業(yè)PC機安裝在污水處理廠的中央控制室,既是泵站PLC的上位機,又是處理廠微機局域網的一個工作站,通過自定義無線通訊模塊與各泵站實現數據通信,并通過時間和事件觸發(fā),計算出最佳的平衡水量和各泵站調度水量。下位機PLC安裝在泵站,根據上位機的指令控制泵站的水泵和閥門,組成本地數據采集系統。根據給定的調度水量,調整開啟的水泵臺數和工作時間,達到調度水量的目的。 污水泵站管理系統中泵站地理位置分散,處理廠集中進行數據處理、監(jiān)視。這一特點與DCS系統功能相吻合。從這一意義上來講,集散控制系統能較好地適應本系統,同時還可以滿足在中心控制室集中顯示、打印、控制各系統的運行狀態(tài)和參數的要求。系統統一設計,使其功能合理分配到各子系統中。避免了功能重復及各系統間的不兼容,這樣使得系統維護方便,減少了備品備件。給整個泵站運行管理帶來了方便,提高了運行效率,同時也提高了管理效率,減少了泵站現場管理人員,降低了人力資源成本,也大大降低了因為人工管理造成的疏漏,提高了系統的可靠性。
上傳時間: 2013-08-05
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直流偏磁是變壓器的一種非正常工作狀態(tài),是指在變壓器的勵磁電流中出現了直流分量。在直流輸電系統中,由于換流站的工作特性,有直流電流分量流過換流變壓器的繞組,產生直流偏磁現象,這一現象將對換流變壓器的正常運行產生不利的影響,如勵磁電流發(fā)生畸變、變壓器鐵心損耗增加及鐵心高度飽和引起的漏磁通增加。因此,從電磁場的角度分析這一現象是必要的。 由于鐵磁材料的非線性,不能應用疊加原理分析直流偏磁時的勵磁情況。為此,本文應用了二維瞬態(tài)場路直接耦合有限元法,借助大型有限元分析軟件Ansoft,定量分析了在不同等級直流偏磁電流作用下,換流變壓器空載運行狀態(tài)下的勵磁電流波形情況,結果表明,直流偏磁使鐵心中的磁通密度發(fā)生偏移,對應的勵磁電流波形呈現正負半波極不對稱的形狀,并且直流偏磁量越大勵磁電流的畸變越嚴重。 在求出直流偏磁量與勵磁電流峰值關系的基礎上,應用一種基于鐵心空載損耗數據的方法,定量分析了在不同等級直流偏磁電流作用下,換流變壓器鐵心損耗情況,結果表明,隨著直流偏磁電流的增加,鐵心損耗也會隨之增加,這會導致鐵心溫升上升,嚴重時會導致鐵心局部過熱,影響變壓器的正常運行。 在漏磁場分析中,討論了變壓器漏磁場的類型和作用,經過合理簡化,建立了換流變壓器二維漏磁場計算模型,應用二維瞬態(tài)場路直接耦合有限元法,分析了不同等級直流偏磁電流作用下,換流變壓器漏磁場分布情況,結果表明,隨著直流偏磁量的增加,不同位置處漏磁場分量的變化規(guī)律基本不變,但漏磁在增加,且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上傳時間: 2013-06-25
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