目前,在電壓互感器設計中,雖有人進行過可靠性設計利優化設計方面的研究,但采用的方法仍為傳統方法.本文采用現代設計方法,它將有限元分析、可靠性設計技術利優化設計技術有機的結合起來,因此采用現代設計方法得到的方案比利用傳統設計方法設計出的方案更加經濟合理.首先,本文簡單介紹了電壓互感器的原理,描述了電壓互感器的分類、基本參數和誤差分析.第二,本文研究了電磁場有限元分析原理,介紹了麥克斯韋方程和電磁場微分方程.本文采用大型通用有限元分析軟件ANSYS對電壓互感器進行二維電磁場有限元分析,對電壓互感器建立了有限元數學模型和網格剖分,對有限元模型加載了邊界條件并進行了求解.研究了二維磁場分析單元PLANE53單元利電路模擬單元CIRCU124單元的特點及使用方法.第三,對電壓互感器的瓷套部分進行了可靠性設計.瓷套所受的彎曲負荷應力很多,主要包括:風力負荷產生的彎曲應力,地震負荷產生的彎曲應力,產品運輸中傾斜產生的彎曲應力.本文研究了瓷套的應力分布的確定方法,將多種應力疊加在一起,推出了應力分布參數的計算公式.瓷套的應力、強度利各設計變量均可認為服從正態分布,在設計時作為正態分布變量處理.本文應用應力-強度干涉理論,對電壓互感器瓷套的可靠性設計方法進行了研究.第四,研究了ANSYS軟件的優化設計模塊,研究了采用ANSYS軟件進行優化設計的步驟和優化工具及方法.利用ANSYS軟件的參數化設計語言與其OPT模塊,實現了有限元數值計算與優化設計的有機結合.并以額定一次電壓35KV,額定二次電壓100V,額定頻率50HZ的電壓互感器為例,進行了有限元分析計算利優化設計.根據電壓互感器產品設計的實際情況,確定設計變量為繞組導線規格和鐵心結構尺寸.優化循環結束以后,可以選擇列出所有參數的數值,也可以只列出優化變量,可以用圖顯示指定的參數隨序列號的變化情況,通過多方案的比較,得到最優方案.將現代設計方法應用于生產廠家,可節省研究開支,大大縮短開發周期,減少計算誤差,減少試驗費用,降低成本,提高產品的可靠性,因此本項目的研究具有良好的經濟效益和社會效益.
上傳時間： 2013-06-10
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直流電動機具有運動效率高和調速性能好等諸多優點,但傳統的直流電動機均采用電刷,以機械方法進行換向,因而存在致命弱點,再加上制造成本高及維修困難等缺點,從而限制了它的應用范圍.近年來隨著永磁材料、現代電力電子技術、計算機技術和現代控制理論的迅猛發展而成熟起來的永磁無刷直流電動機(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有體積小、重量輕、效率高、噪音低且可靠性高的特點,因而得到了廣泛的應用.該文研究的對象是由兩套三相無刷直流電動機組成的六相無刷直流電動機,每套繞組三相對稱,兩套繞組對應相之間相差30°電角度.重點研究六相無刷直流電機的轉矩特性和系統的可靠性.在分析無刷直流電動機電磁轉矩產生原理的基礎上,闡述了三相無刷直流電動機轉矩脈動的原因,在此基礎上提出六相無刷直流電動機.分析結果表明,六相無刷直流電動機的轉矩特性優于三相無刷直流電機,并且系統的可靠性也較高.該文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析,建立了三相和六相無刷直流電動機的數學模型.并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相和六相無刷直流電動機的系統仿真模型.該系統仿真模型采用雙閉環控制,內環為電流環(采用滯環調節),外環為速度環(采用PI調節).對所得的仿真結果進行分析,表明與理論分析相吻合,證明了六相無刷直流電動機仿真模型的正確性.對兩套繞組可能出現的故障進行仿真分析,結果表明六相無刷直流電動機具有較強的容錯能力.由此得出結論,該文提出的六相無刷直流電動機方案是可行的.由于繞組在電機的結構中占有相當重要的位置,該文利用槽號相位表,設計了三相和六相無刷直流電動機的繞組.對槽號的分配,線圈的連接作了詳細地說明.該文還對三相和六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢進行了諧波分析,分析結果表明了六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢高次諧波含量要少于三相無刷直流電動機.
上傳時間： 2013-07-13
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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展，無刷直流電機的技術優勢逐漸凸顯，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節，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測。因此，這種常規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。開發集保護、控制、監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展，也使變電站監控系統的結構發生了很大的變化，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展歷史，指出了現場總線測控系統的優越性；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控系統。 該文提出的方案、技術以及結論對于變電站監控系統和自綜合動化系統的研究開發、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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傳統的直流電機一直在電機驅動系統中占據主導地位，但由于其本身固有的機械換向器和電刷導致電機容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅動電機。隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發展而成熟起來的直流無刷電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點，從而使其極有希望代替傳統的直流電機成為電機驅動系統的主流。 模糊控制器具有魯棒性好、抗干擾能力強的優點。論文提出了基于轉速環模糊邏輯控制理論的直流無刷電機的控制系統設計方案，保證了伺服控制系統具有優良的靜動態特性，因而滿足更多應用場合的需要。 論文具體包括以下幾個部分工作： 首先，從電機本體和控制角度出發，闡述了直流無刷電機在實際應用中需要解決的關鍵性問題：電磁轉矩脈動。詳細分析了電磁轉矩脈動產生的各種原因，特別是分析了相電流換向所產生的紋波轉矩脈動。 其次，本文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析，建立了三相無刷直流電動機的數學模型。并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相無刷直流電動機的控制系統仿真模型。仿真模型采樣的是電機控制系統中常用的雙環系統(轉速—電流雙閉環控制)。為了提高系統的靜動態特性，轉速外環采用模糊PI調節器，電流內環采用PI調節器。轉子位置通過直流無刷電機感應電勢檢測，仿真結果表明了該仿真模型控制系統與理論分析完全吻合，從而證明了模型的有效性。 然后，初步設計了伺服系統的實驗圖。以TI公司生產的TMS320LF2407數字信號處理器(DSP)作為整個控制電路的核心芯片，一臺40w的直流無刷電機作為被控對象，完成了伺服系統的轉速控制。 最后，對未來的工作給予了展望，并對全文的內容進行了總結。
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，需要實現發供電系統的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質。常規的電勵磁發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態時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發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。根據電機穩態運行時的方程，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、效率方面都很有優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理，推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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傳統的電梯門機采用的是直流或交流旋轉電機來實現。前者調速性能好，但由于存在換向器、電磁火花和干擾，可靠性差；后者雖然電機結構相對簡單，但控制復雜，性能差。兩者都需要通過一些復雜的傳動機構將電機旋轉運動轉換為直線運動以實現電梯門的開/關。 本文設計了一種采用扁平型直線感應電機驅動的電梯門機及其微機控制系統，提出了一種適用于該系統的恒壓調頻(CVVF)控制方式并設計了開/關門運行曲線；另外，通過Maxwell2D有限元軟件分析了電機的磁場和起動推力特性。論文中給出了樣機的實驗結果，其性能已達到預定的要求。
上傳時間： 2013-06-15
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TPMS是輪胎壓力監視系統“TirePressureMonitoringSystem”的英文縮寫形式，主要用于在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全，是駕車者、乘車人的生命安全保障預警系統。 在汽車的高速行駛中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發性交通事故發生的重要原因。據統計，在國內的高速公路上，由爆胎引發的交通事故占事故總數的70％。在美國，這一比例更高達80％[1]。爆胎造成的經濟損失巨大，怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題，研究表明，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。于是汽車輪胎氣壓監視系統TPMS(TirePressureMonitoringSystem)應運而生。 TPMS系統主要有二個部分組成：安裝在汽車輪胎里的遠程輪胎壓力監測模塊(RemoteTirePressureMonitoring)和安裝在汽車駕駛臺上的中央監視器(LCD顯示器)。遠程輪胎壓力監測模塊直接安裝在每個輪胎里測量輪胎壓力和溫度模塊，將測量得到的信號調制后通過高頻無線電波(RF)發射出去。一個TPMS系統有4個或5個(包括備用胎)RTPM模塊。中央監視器接收RTPM模塊發射的信號，將各個輪胎的壓力和溫度數據顯示在屏幕上，供駕駛者參考。如果輪胎的壓力或溫度出現異常，中央監視器根據異常情況，發出不同的報警信號，提醒駕駛者采取必要的措施；同時駕駛員可以根據實際情況設定溫度和壓力報警上下限。 隨著中國經濟的持續發展，汽車越來越多地進入普通家庭，對汽車安全性能的要求越來越高，因此、研究高性能、高可靠性的汽車輪胎壓力檢測系統有著十分重要的現實意義。
上傳時間： 2013-06-06
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作為數控機床、機器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業的發展，永磁交流伺服系統成為國內外研究和應用的一個重要領域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進步，伺服系統也逐步向全數字化方向發展，全數字化系統具有可靠性高、實現新控制策略容易、功能豐富等優點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制的最新發展，分析了從基礎理論到最新的控制算法的有關永磁同步電機空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(PMSM)的數學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實驗研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機轉速達到基本轉速之前采用最大轉矩/電流策略控制，超過基本轉速之后采用弱磁擴速的電流控制策略，使電機具有更大的調速空間，該策略可實現電壓矢量近似連續調節，有效減小了PMSM 的轉矩脈動，提高了系統的性能，仿真結果證明了這一結論。 在上述工作的基礎上，研制開發了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數字永磁交流調速系統。該系統以空間矢量PWM 控制為核心。
上傳時間： 2013-06-08
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