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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目前，油田的開采都是通過抽油機抽取地下的石油，因此國內油田對抽油機的需求量非常大。然而，據統計在油田生產成本中約有三分之一為電能消耗，其中抽油機消耗的電能約占總電能消耗的80%。驅動電動機是抽油機消耗電能的主要設備，年耗電量超過百億KWh。所以對抽油機的機械系統和電氣控制系統進行節能改造，最大限度地挖掘抽油機的節電潛力，可帶來相當可觀的經濟效益。 采用超高轉差電機作為抽油機的驅動電機，是現有改進抽油機系統的主要措施之一。這種電動機的特點是轉子電阻較大，起動轉矩得到有效提高，安裝容量得以降低；機械特性軟，遇到換相沖擊載荷時，轉速下降，靠曲柄慣性作用，減速器和電動機的扭矩變化趨于平緩，峰值扭矩明顯降低，從而改善了機、桿、泵的配合，提高了泵的充滿系數，增加產液量，達到系統節能的目的。此外，抽油機的工作過程中，驅動電機有時會處于發電狀態，對供電網的電能質量造成很大危害。超高轉差率電機能夠有效避免發電狀態的出現，從而減小對供電網的沖擊，保證供電質量。 本課題以抽油機節能改造中驅動電機節能為出發點，從超高轉差率電動機的機械特性、起動轉矩等方面，對該類型電動機驅動抽油機的優勢進行了理論分析。此外，本文還從能量平衡的角度，以抽油機中的動能平衡理論為基礎分析了電機轉差率對抽油機節能的影響。 最后，本文結合抽油機運動分析和抽油機曲柄運動曲線，以抽油機載荷系數為目標函數，編寫了優化計算程序，從而實現了對適合某一井況下抽油機的驅動電機的最優轉差率的定量計算，并以此作為設計或者選配超高轉差率電動機的依據。
上傳時間： 2013-07-07
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微機電系統（MEMS）器件的構成涉及微電子、微機械、微動力、微熱力、微流體學、材料、物理、化學、生物等多個領域，形成了多能量域并交叉耦合。為其產品的建模、仿真以及優化設計帶來了較大的難度。由于靜電驅動的原理簡單使其成為MEMS器件中機械動作的主要來源。而梳齒結構在MEMS器件中有廣泛的應用：微諧振器、微機械加速度計、微機械陀螺儀、微鏡、微鑷、微泵等。所以做為MEMS的重要驅動方式和結構形式，靜電驅動梳齒結構MEMS器件的耦合場仿真分析以及優化設計對MEMS的開發具有很重要的意義。本課題的研究對靜電驅動梳齒結構MEMS器件的設計具有較大的理論研究意義。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： 1、采用降階宏建模技術快速求解靜電梳齒驅動器靜電－結構耦合問題，降階建模被用于表示微諧振器的靜態動態特性。論文采用降階建模方法詳細分析了靜電梳齒驅動器的各參數對所產生靜電力以及驅動位移的關系；并對靜電梳齒驅動器梳齒電容結構的靜電場進行分析和模擬，深入討論了邊緣效應的影響；還對微諧振器動態特性的各個模態進行仿真分析，并計算分析了前六階模態的頻率和諧振幅值。仿真結果表明降階建模方法能夠快速、準確地實現多耦合域的求解。 2、從系統角度出發考慮了各個子系統對叉指式微機械陀螺儀特性的影響，系統詳細地分析了與叉指狀微機械陀螺儀性能指標－靈敏度密切相關的結構特性、電子電路、加工工藝和空氣阻尼，并在此分析的基礎上建立了陀螺的統一多學科優化模型并對其進行多學科優化設計。將遺傳算法和差分進化算法的全局尋優與陀螺儀系統級優化相結合，證實了遺傳算法和差分進化算法在MEMS系統級優化中的可行性，并比較遺傳算法和差分進化算法的優化結果，差分進化算法的優化結果較大地改善了器件的性能。 3、從系統角度出發考慮了各個子系統對梳齒式微加速度計特性的影響，在對梳齒式微加速度計各個學科的設計要素進行分析的基礎上，對各個子系統分別建立相對獨立的優化模型，采用差分進化算法和多目標遺傳算法對其進行優化設計。證實了差分進化算法和多目標遺傳算法對多個子系統耦合的系統級優化的可行性，并比較了將多目標轉換為單目標進行優化和采用多目標進行優化的區別和結果，優化結果使器件的性能得到了改善。
上傳時間： 2013-05-15
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石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環境場合，其中的電站子系統由數臺柴油發電機組及其相應的控制系統構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統或SCR直流調速系統來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統和SCR直流傳動系統）對電力系統帶來諧波污染，尤其是對柴油發電機組小電網系統，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統的功率因數較低，也給小電網系統帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統為典型的多諧波源系統，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統，采用有源濾波器+動態無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統諧波進行的分析和計算，為兩系統諧波抑制的方案選型和系統優化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發電機組小電網供電系統的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統設計了動態無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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為了減小異步電機在起動過程中過高電流對電網的沖擊，消除傳統降壓起動對電器和機械設備的不利影響，提高電機的起動特性，本文基于電力電子技術對異步電機的軟起動進行了較為深刻的研究。 本文介紹并設計了一種基于PIC18F4550的新型的軟起動器。在功能上，除了具有一般的電壓斜坡軟起動和電流限流軟起動功能，還增加了專門針對泵類負載的轉矩閉環泵控軟起動模式。這種起動方式有效的降低了水泵起動和停止時造成的水錘，并減輕了管路系統的振蕩。同時，針對異步電動機軟起動過程中出現的電流、電磁轉矩以及轉速振蕩問題，分析了引起振蕩的影響因素及其產生原因，采用以電流關斷時刻為晶閘管觸發基準來抑制振蕩問題。 文章首先分析研究了異步電機的基本結構和工作原理，確定了軟起動器所采用的基本原理和控制方法。分析得出為改善泵類負載起動性能所采用的轉矩閉環泵控制策略以及為減小振蕩所采用的關斷角控制方法的可行性。 其次，本課題對傳統的軟起動器的改進進行了嘗試。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片為控制核心。在此基礎上，詳細介紹了交流采樣電路、同步觸發電路以及通迅接口電路等硬件電路。軟件方面采用C語言和匯編語言混合編程實現模塊化程序的設計，在文中較為詳細地介紹了控制系統各部分軟件的設計思想和實現，其中包括主程序流程、各種起動方式的控制程序等。 在文章最后給出了基于MATLAB搭建的軟起動系統的仿真模型，仿真結果表明這種帶泵控制功能的軟起動器可以有效的減小電機起動過程中過高電流對電網的沖擊，優化了電機的起動性能。
上傳時間： 2013-06-13
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社會發展對內燃機車柴油機安全、節能、低污染等方面提出了更高的要求，傳統的機械式控制已很難滿足這些新要求。對機車柴油機采用電子控制技術成為當前提高柴油機乃至整車性能的一種有效方法。柴油機電子控制技術包含的范圍很廣，其中標定技術決定了電控系統中最佳控制參數的獲取，從而影響著柴油機的工作性能，而噴油泵特性的標定是標定眾多內容中首先要解決的問題，因此本文將機車柴油機電控系統中的油量特性標定作為研究重點，首先對電控單體泵的組成和原理進行了分析，確定了其作為機車應用的合理性；其次完成了電子燃油噴射控制單元的設計，并對其實驗方法進行了研究。 噴油泵在匹配任何一種類型柴油機之前，其數學模型和控制特性應該基本確定，能不能使得被匹配的柴油機性能達到最佳水平，將取決于能否通過有效的標定方法來獲得準確的噴油控制參數。本文在電子控制單元基本功能完成的基礎上，充分利用現場總線技術的優勢，在實現物理層和數據鏈路層接口的同時，針對標定應用進行了擴展，制訂出一套完整的通信協議，并開發出上位機標定軟件，使得電子控制單元與上位機之間建立起了良好的通信平臺。標定系統的建立同時為機車故障診斷技術帶來了新思路，本文提出了一種基于分布式機車控制網絡的故障診斷策略，多個智能化節點可以共同來完成復雜的故障診斷操作，性能完備的網絡構成和通訊協議使得大量故障信息的交互顯得有條不紊。這種思路，對電控系統乃至整車的故障診斷技術的發展產生著深遠的影響。 方案的確定，軟硬件的設計，實驗方法的分析，都必須結合真正的臺架實驗，在實驗過程中不斷的改進。本文最后，介紹了在機車廠單體泵試驗臺上進行的電磁閥驅動和油泵特性標定實驗，從中獲得了機車柴油機電控系統研究的寶貴經驗，為后期的柴油機匹配實驗打下了堅實的基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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常規的壓控電源采用的是并聯電流負反饋電路，這種電路輸出電壓柔性較差，電壓輸出效率低，因為取樣電阻要占掉很大一部分的電壓，并且常規的壓控電流源不能實現一端接地，這也是并聯電流負反饋本身的
上傳時間： 2013-07-02
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激光電源電路經典書籍，詳細描述了燈泵激光器電源
上傳時間： 2013-06-20
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抽油機井工況監測是石油生產過程中非常重要的環節，可以為油井提高泵效、高效管理提供可靠依據。隨著石油工業的迅速發展，傳統的人工操作遠遠不能滿足現代化石油生產的要求。將遠程監測系統應用于油井工況監測，可以降低工人勞動強度，提高生產效率和油田管理水平。針對目前已有油井工況監測系統存在的不足，本文研制出一種集計算機技術、電子技術和通信技術于一身、功能完善、可靠性高、成本低廉的抽油機井工況遠程監測系統。 示功圖是常用的用于判斷抽油機井工作狀況的方法，它是抽油機光桿在作往復運動的一個周期中，光桿相對位移與載荷的對應關系曲線。傳統的利用拉線位移傳感器獲取位移的方式，不能實現長期連續的監測。本系統采用加速度傳感器作為沖次傳感器，獲取每個周期的起始點，再利用拉線位移傳感器對一個周期中按時間等分的點的位移進行標定，既解決了拉線位移不能長期連續監測的問題，又保證了位移的精度。 本系統由工況傳感器、數據中繼單元、數據中心和手持機四部分組成。安裝在抽油井上的工況傳感器定時獲取并存儲示功圖數據，定時將數據發送到數據中繼單元。由數據中繼單元將多個工況傳感器的示功圖數據集中后，通過遠程網絡傳送到數據中心。數據中心實現對所有示功圖數據的存儲、查詢、分析和打印，并可以通過網絡實現數據共享。手持機用于對工況傳感器進行設置和標定，并可以現場獲取示功圖。 硬件電路采用低功耗設計方法，使用低電壓、低功耗的基于ARM7內核的LPC2138/2148微處理器及微功率無線數傳模塊，將硬件電路功耗降到最低。采用SD卡作為存儲器，增加了數據存儲容量和數據可靠性。采用單軸加速度傳感器ADXL105作為沖次傳感器，具有高精度、低功耗、高可靠性的優點。CDMA模塊采用基于CDMA1X數據通信網絡的H7710，組成高速、永遠在線、透明數據傳輸的數據通信網絡。 軟件設計遵循模塊化設計思想，既考慮到各模塊功能的實現，又兼顧了系統總體的協調性。本系統軟件由工況傳感器軟件、手持機軟件、數據中繼單元軟件及數據中心軟件四部分組成。工況傳感器軟件、手持機軟件和數據中繼單元軟件由ADS集成開發環境編寫，并由AXD仿真調試器生成可執行代碼，最后通過EasyJTAG仿真器下載到微處理器芯片中。數據中心運行于服務器/客戶機工作模式，使用SQL Server數據庫。數據中心處理軟件由Visual Basic6．0編寫，運行于Windows操作系統中。 通訊網絡由無線數傳網絡和CDMA網絡組成，工況傳感器與數據中繼單元組成無線數傳網絡，采用ISM工作頻段，實現近距離無線通訊。數據中繼單元作為無線數傳網絡的中心節點，通過CDMA網絡與數據中心通信處理機相聯，實現數據的遠程傳輸。 本系統首次利用加速度傳感器與拉線位移傳感器相結合的方式，實現抽油井工況長期連續監測，提高了整個系統的可靠性；利用ARM單片機作為微處理器，低功耗電路設計，低功耗工作模式，延長了電池的壽命；無線數傳網絡與CDMA網絡相結合，兼具無線數傳網絡與CDMA網絡的優點，降低了整個系統的安裝和運行費用；數據中心采用服務器/客戶機工作模式，便于用戶共享數據。目前該系統的各部分均經過硬件、軟件及運行測試，已經在油田試運行。運行結果表明，該系統性能完善，運行可靠，安裝及維護簡便，取得了較好的效果。
上傳時間： 2013-07-12
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汽車防抱死制動控制系統(ABS)是改善汽車主動安全性的重要裝置，在汽車日益普及的今天，它的應用更為廣泛和具有重要意義。作為制動系統中的閉環控制裝置，它能防止制動過程中的車輪抱死，以保持車輛的方向穩定性和減少輪胎磨損。ABS的主要部件有：液壓調節器、輪速傳感器和用于信號處理、觸發報警燈和控制液壓調節器的ECU。 本文首先簡要介紹了ABS的發展歷史和基本功能，整個系統的基本結構及其控制原理。利用MATLAB/Simulink建立各部件的模型，包括單輪旋轉動力學模型、1/2車輛縱向動力學模型、7自由度整車模型、車輛制動器模型。 分析ABS控制方法，建立ABS滑模變結構控制系統模型。將滑模變結構控制和傳統邏輯門限控制進行比較。在高附著系數路面上可以看出滑模變結構控制較傳統邏輯門限控制能進一步縮短制動距離。進一步地，利用相同制動力在不同附著系數路面上引起的車輪角減速度不同的特點，在線修正目標滑移率，仿真結果顯示獲得了更好的制動效果。 根據防抱死制動系統的工作原理，以ARM單片機LPC2292為核心，完成了輪速信號調理電路、電磁閥和回液泵電機驅動電路等電路的設計，闡述了ABS各功能模塊軟件的設計思想和實現方法，完成了防抱死制動系統的硬件和軟件設計。 最后，自主設計的控制器在某車型上進行了替換試驗。 試驗結果表明：自主開發的ABS控制器滿足了制動防抱死功能的需要，各項試驗指標皆與原裝ABS接近。
上傳時間： 2013-04-24
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