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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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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本文主要圍繞車用CAN總線抗電磁干擾能力進行了研究。 首先，在在參考國內外相關研究資料的基礎上，依據FORD公司的ES-XW7T-1A278-AC電磁兼容標準、IS07637-3對非電源線的瞬態傳導抗干擾測試標準和IS011452-4大電流注入(BCI)電磁兼容性標準，利用瑞士EMTEST公司的UCS-200M、CSW500D等設備，搭建了3個用于測試CAN總線抗干擾能力的實驗平臺。 在所搭建的測試平臺上，著重從CAN總線通訊介質選擇和CAN節點抗干擾設計兩個方面進行了理論分析和對比實驗研究，得出了當采用屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線作為總線通訊介質時，影響其抗干擾能力的因素；當CAN總線節點采用的不同的物理層參數時，如光耦、共模線圈、磁珠、濾波電容、分裂端接電阻、不同的總線發送電平、不同的CAN收發器等，對CAN總線抗干擾能力的影響，給出了一些增強CAN節點電路抗干擾能力的建議及一種推薦電路。 最后提出了一種新的提高CAN總線抗干擾能力的方法，即通過把CAN總線的CANH和CANL數據線分別通過一個電阻連接到總線收發器的地和電源端，使總線的差分電平整體下拉，從而降低總線收發器對某些干擾引起的電平波動所產生的誤判斷以達到增強抗電磁干擾的目的。并在基于FORD公司的ES-XW7T-1A278-AC電磁兼容標準所搭建的CAN總線測試平臺上進行實驗，驗證了其有效性。
上傳時間： 2013-06-19
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直線電動機直接驅動運動設備，省略了機械轉換機構，完全消除機械傳動元件的速度和加速度的物理極限，具有長行程、低慣量、高精度、快響應和高速度等特征，是先進加工中心的標志。90年代中期以后，直線驅動技術在超精密定位領域中得到了廣泛的應用，吸引了越來越多的研究機構和人員投入到這一領域中來。 永磁直線同步電機與普通的直線異步電機相比，具有效率高、輸出力矩大、體積小、易于控制等優點，極大地提高了進給系統的快速響應性和運動精度，成為新一代超精密機床中最具有代表的技術。永磁直線同步電機伺服控制系統將是當前和今后直線電機發展應用的一個方向。 本文以直線電機理論為依據，以現有的實驗設備及新的實驗方法為基礎，設計了永磁直線同步電動機控制系統，分析了永磁直線同步電機控制系統中存在的難點，并對直線電動機控制系統的控制性能進行了初步的實驗研究。 首先，介紹了永磁直線同步電機的結構、工作原理、相關控制策略，對直線電機控制難點進行了探討。在此基礎上，設計了永磁直線同步電機的控制系統的總體方案。 然后針對永磁直線同步電機控制系統的主要難點，分為位置檢測技術，硬件系統設計和軟件系統設計三個方面對控制系統進行分析。根據永磁直線同步電機的特點，提出一種簡易的初始位置檢測方法，并設計了檢測電路。該方法基于線性霍爾元件，基本上不增加控制系統成本，安裝簡便，效果良好。在普通的三相逆變電路的直流側添加DC/DC電力電子電路。這樣的做的好處是根據系統需求輸出直流電壓，減少諧波。由于傳統的基于前后臺工作機制的電機控制軟件存在響應不及時、不穩定等弊病，提出了基于嵌入式實時操作系統機制上編寫電機控制軟件。 最后基于樣機和控制器做了相應試驗，分析了試驗結果，并提出了存在的問題和下一步的工作展望。
上傳時間： 2013-06-20
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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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隨著人類生活水平的提高，人們對能源的需求也日益提高。太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，具有儲量大、利用經濟、清潔環保等優點。因此，太陽能的利用越來越受到人們的重視，而太陽能光伏發電技術的應用更是人們普遍關注的焦點。在不久的將來，太陽能光伏利用的主要形式將是并網發電系統。高性能的數字信號處理器芯片(DSP)的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網的控制成為可能。 一套基本的光伏并網發電系統一般是由太陽能電池板、太陽能控制器和逆變器構成。其中，太陽能控制器和逆變器是光伏并網系統的核心部分，本文針對如何提高太陽能光伏并網系統的轉換效率，從建模仿真方面對具有最大功率點跟蹤的光伏并網系統進行了研究。首先，概述了太陽能光伏發電系統的組成，介紹了目前我國太陽能光伏發電技術的應用。其次，使用MATLAB中的POWER SYSTEM BLOCKSETS 工具軟件建立了光伏并網發電系統的動態模型，并進行了仿真，給具體的硬件設計提供了極為有效的幫助。再次，通過比較幾種常用的DC/DC 變換器的工作原理，提出利用推挽式DC/DC 變換器實現轉換，對參數進行分析后建立了推挽式DC/DC 變換器的仿真模型。MPPT(最大功率點跟蹤)是光伏系統中經常遇見的問題。本文詳細地分析了常用的幾種MPPT 方案，并提出了幾種新的MPPT 方案。分析了基于DSP 芯片(TMS320F240)的光伏并網發電系統的控制設計思想。采用電網電壓前饋和電流跟蹤技術,建立了相關的控制模型,實現了網側電流正弦化和單位功率因數。最后本文結合實際系統給出了SPWM的設計方案和軟件流程圖。
上傳時間： 2013-07-22
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高中壓斷路器是電力系統中最重要的開關設備，用高中壓斷路器保護電力系統至今已經歷了一段漫長歷史。從最初的油斷路器發展到壓縮空氣斷路器，再到目前作為無油化開關的真空斷路器和SF6斷路器。其中真空斷路器以其小型化和高可靠性等優點，已在高中壓領域得到愈來愈廣泛的應用。作為真空斷路器的核心部件，真空滅弧室的研究和開發顯得尤為重要。 真空滅弧室的小型化是國外關注的問題，我國很多相關的研究所和高等院校都曾作過不少研制工作，研究的方向是采用各種縱向磁場結構電極的真空滅弧室和尋求新的觸頭材料。由于縱向磁場結構的電極開斷能力強，在額定短路開斷電流、設計裕度和工藝水平相同的情況下，縱向磁場的電極比橫向磁場的電極小得多。因此，采用縱向磁場結構電極的真空滅弧室可以縮小整體尺寸。 本設計從真空滅弧室的具體模型出發，應用ANSYS8.1的電磁場分析軟件，對600A的真空滅弧室觸頭間的縱磁場進行計算與分析，可得到接近實際的動、靜觸頭電流流向矢量分布圖，線圈磁感應強度與線圈幾何尺寸的關系，觸頭開距對磁場分布的影響及電弧在不同位置時的受力分析等。由不同線圈截面積與縱磁磁場強度的關系分布，可得出在分斷電流不變的情況下，線圈愈小磁場強度愈強。由觸頭開距與磁場強度的關系，可見觸頭間距越小，兩觸頭間越能獲得較大的磁感應強度。對真空滅弧室極問磁場分布以及電弧在觸頭上不同位置受力進行分析，結果表明隨著磁感應強度變小，電弧受力也相對的變小。 通過ANSYS仿真分析，為真空斷路器滅弧室的設計提供了比較準確的數據資料。進而使產品的設計、開發建立在較為科學的基礎上，為產品實際研制提供理論依據。
上傳時間： 2013-06-20
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音響技術發展到今天，音頻功率放大器得到了極大的發展。而一個好的功放必須有一個好的能量來源。一般來說功放電源的成本占功放成本的一半左右，可見電源在功放中的重要性。 本文提出了一種功放電源設計方案，并進行了一些理論上的分析，仿真研究和實驗調試，具體包括以下幾個方面： 對前級的APFC(有源功率因數校正)部分提出一種基于單周控制(OCC)原理的新技術，對此電路的理論進行詳細的分析。對電路的元件以及儲能電感等都進行了計算，并進行了仿真實驗最后完成電路設計與調試。 針對功放電源對瞬態響應，頻率響應，負載調整率以及電源調整率的高條件要求，本文提出利用LLC諧振變換器技術滿足該功放實現大功率設計需要的目的，由于將主電路的工作頻率取到100KHZ以上，這樣的設計也將反應時間提高到微秒級別，電源變化的噪聲將不會出現音頻輸出；并且LLC諧振變換器軟開關電源技術也大大地提高了電源效率。仿真和實驗結果表明，LLC諧振變換器能滿足功放電源的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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準確計算電機鐵耗一直是困擾電機設計者的一個難題。傳統方法是假設電機內部磁場僅是交變磁化的，根據鐵磁材料在交變磁化條件下測量的數據，計算電機齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計算值與實測值之間的誤差通過經驗系數來修正。這種方法對于已經長期制造和使用的電機而言勉強適用，對于近年來發展很快的永磁電機、高速電機和其他新結構電機，由于缺乏合適的經驗系數，導致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經證明電機的鐵耗有相當一部分是由旋轉磁化導致的，因此顧及旋轉磁化的電機鐵耗計算模型是本文的一個重要內容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉磁化方式下的計算和測量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計算系數。本文提出并實現了數字式的25cm愛潑斯坦方圈測試系統，它可以測量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測試系統中對硅鋼片在圓形旋轉磁化條件下的損耗進行了測量。結果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉磁化下的損耗要比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機鐵耗計算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數，但又能顧及到旋轉磁化帶來的影響。通過實際電機的計算和測試，表明軌跡法的計算結果在未經任何系數修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復雜結構電機等特點。為了探索這種材料在高頻領域中的應用和驗證本文提出的鐵耗計算模型，本文成功地設計和制造了一臺采用軟磁復合材料的爪極式永磁電機，由于結構復雜，本文通過三維有限元分析，對該電機的磁通、磁鏈、電感、轉矩和鐵耗等參數和性能的計算提出了計算方法。對該種電機的熱分析，本文提出了熱網絡法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過映射剖分法，使磁場和熱場模型中的單元總數、大小和順序保持完全一致，軌跡法計算得到的各單元鐵耗直接耦合進熱場進行計算，得到了電機準確的溫度分布。本文還進行了高速電機轉子的模態分析，合理地調整轉子的直徑、長度和軸承位置，使轉子的自然共振頻率遠離電機的工作頻率范圍。本文構建了一測試平臺對樣機進行了發電機狀態測試，并通過假轉子法測量了電機鐵耗，實驗結果證明了本文所用方法的可行性，得到的結論對軟磁復合材料的應用及爪極式電機的設計與分析都具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著電力電子技術、微處理器技術以及新的電機控制技術的發展，交流調速性能日益提高。變頻調速技術的出現使交流調速系統有取代直流調速系統的趨勢。但是國民經濟的快速發展要求交流變頻調速系統具有更高的調速精度、更大的調速范圍和更快的響應速度，一般的通用變頻器已經不能滿足工業應用的需求，而交流電機矢量控制調速系統能夠很好的滿足這個要求。矢量控制(Field Oriented Control)，能夠實現交流電機電磁轉矩的快速控制，本文對三相交流異步電機的矢量控制系統進行了研究和分析，以高性能數字信號處理器為硬件平臺設計了基于DSP的三相交流異步電機的矢量控制系統，并分析了逆變器死區效應的產生，實現了逆變器死區的補償。 本文介紹了交流調速及其相關技術的發展，變頻調速的方案以及國內外對矢量控制的研究狀況。以三相交流異步電機在三相靜止坐標系下的數學模型為基礎，通過Clarke變換和Parke變換得到三相交流異步電機在兩相旋轉坐標系下的數學模型，并利用轉子磁場定向的方法，對該模型進行分析，設計了轉子磁鏈觀測器，以實現交流電機電流量的有效解耦，得到定子電流的轉矩分量和勵磁分量。仿照直流電機的控制方法，設計了矢量控制算法的電流與速度雙閉環控制系統。設計了以TMS320LF2407A為主控制器的硬件平臺，在此基礎上實現了矢量控制算法，論述了電壓空間矢量調制(SVPWM)的原理和方法，并對其進行了改進。最后對逆變器的死區進行了補償。 實驗表明基于轉子磁場定向的矢量控制(FOC)系統，結構簡單，電流解耦方便，動態性能好，精度較高，能夠基本滿足現代交流電機控制系統的轉矩和速度要求。
上傳時間： 2013-05-24
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