本文對感應(yīng)電動機軟起動過程中存在的電流、電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速振蕩問題進行了系統(tǒng)的理論分析和實驗研究.論文首先根據(jù)感應(yīng)電動機的數(shù)學(xué)模型,利用MATLAB仿真工具建立了感應(yīng)電動機軟起動的通用仿真模型,其次分析了晶閘管觸發(fā)角度、機組的轉(zhuǎn)動慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)子電阻這四個因素對振蕩的影響,進而探討了感應(yīng)電動機軟起動過程中出現(xiàn)電流、電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速振蕩的原因.結(jié)果表明:在感應(yīng)電動機軟起動過程中,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速并在其附近變化時,電動機的續(xù)流角會大幅度變化,當(dāng)續(xù)流角圍繞晶閘管的觸發(fā)角變化時,三相交流調(diào)壓電路的輸出電壓會產(chǎn)生振蕩,在電動機定、轉(zhuǎn)子磁場的相互作用下會使振蕩加劇,因而就會造成電動機電流、電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速的振蕩.特別需要指出的是電動機在軟起動過程中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速振蕩是在同步轉(zhuǎn)速附近振蕩而并非象有些文章所說的在低速下振蕩.根據(jù)上述原因,本文提出了采用關(guān)斷角控制的新型控制策略,這種控制策略是使電動機在起動過程中的電流關(guān)斷角由某一初始值逐漸減小到零,利用該方法可以使感應(yīng)電動機起動過程中的續(xù)流角始終小于晶閘管的觸發(fā)角,這樣續(xù)流角的變化就不會引起電動機端電壓的振蕩,因而就從根本上消除了感應(yīng)電動機軟起動過程中的振蕩現(xiàn)象.文中首先通過仿真驗證了該控制策略的正確性,在此基礎(chǔ)上研制了基于關(guān)斷角控制的感應(yīng)電動機軟起動裝置的硬件電路和軟件程序,并進行了樣機試驗,實驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性.另外,文中還探討了軟起動對于感應(yīng)電動機起動過程中轉(zhuǎn)軸扭矩振蕩的影響.大型感應(yīng)電動機驅(qū)動大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載直接起動時,其轉(zhuǎn)子軸上會出現(xiàn)過大的扭矩振蕩,這是由于定子繞組中電源頻率的電流與轉(zhuǎn)子中直流電流相互作用產(chǎn)生的具有轉(zhuǎn)差頻率的電磁轉(zhuǎn)矩分量造成的.采用軟起動會使電動機起動時轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的直流電流分量大為減小,進而可以減小電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差頻率分量,故可以有效地抑制感應(yīng)電動機起動過程中作用在轉(zhuǎn)軸上過大的扭矩振蕩.
標(biāo)簽： 感應(yīng)電動機 軟起動 過程
上傳時間： 2013-07-13
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開關(guān)磁阻電機（SR電機）驅(qū)動系統(tǒng)（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(zhuǎn)矩脈動問題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內(nèi)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(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達(dá)式，定性分析了徑向力與電機結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)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(tǒng)虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉(zhuǎn)矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對在SRD性能仿真時，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數(shù)據(jù)量要求高的問題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)矩計算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機精確解析數(shù)學(xué)模型。因為SR電機本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關(guān)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(shù)等角度研究了SR電機相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的運動方程出發(fā)，導(dǎo)出了從激振力到振動加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)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(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)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(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結(jié)果和運行實驗結(jié)果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負(fù)載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉(zhuǎn)矩和效率這兩個優(yōu)化目標(biāo)，對SR電機的開關(guān)角進行了優(yōu)化。最后結(jié)合由磁場有限元計算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)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(shè)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(dǎo)出三步換相法的時間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻(xiàn)的結(jié)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(xiàn)多個模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數(shù)進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開關(guān)角度二次優(yōu)化法和時間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)仿真證明這些方案是切實有效的，達(dá)到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩斬波都使用三步換相法，和在相關(guān)斷時刻根據(jù)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(guān)頻率設(shè)計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。設(shè)計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯(lián)電路方案。在控制軟件中實現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測量實驗，對比轉(zhuǎn)矩測量值與轉(zhuǎn)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(fù)載、電流控制與轉(zhuǎn)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(jié)果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)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(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關(guān)于電機本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機械降噪措施等的結(jié)論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機 減 降噪
上傳時間： 2013-07-05
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超級電容器是一種介于電池和靜電電容之間的新型儲能元件，其功率密度比電池高數(shù)十倍，能量密度比靜電電容高數(shù)十倍。具有充放電速度快、對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，有希望成為21世紀(jì)的新型綠色能源。 設(shè)計了一個主回路以BUCK降壓電路為主，控制回路以單片機89C51為核心的超級電容器充放電測試系統(tǒng)，用于測試超級電容器充放電性能。本系統(tǒng)通過檢測超級電容器的端電壓、電流和溫度，并將采集到的信號由ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入89C51分析處理后，再經(jīng)DAC0832輸出，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制器TL494的電壓信號，調(diào)整PWM的輸出值，控制BUCK轉(zhuǎn)換電路中MOSFET功率開關(guān)的占空比，從而改變輸出直流電壓的大小，實現(xiàn)恒流控制。超級電容器充電方法采用分階段恒流充電，依照充電狀態(tài)的不同，適時調(diào)整充電電流大小，避免過充電造成超級電容器損害。在其控制方法和實現(xiàn)手段上，主要通過單片機的設(shè)定值與實測值的比較來控制電路的輸出，也可以通過模糊控制技術(shù)來實現(xiàn)，并用MATLAB進行了仿真實驗，仿真結(jié)果證明采用模糊控制能夠取得更好的效果。在整個系統(tǒng)的保護功能方面，采用了過壓、過流以及過熱等的保護方法，實現(xiàn)軟硬件對系統(tǒng)的保護。 利用本測試系統(tǒng)可以對超級電容器進行恒電流充放電，其充放電曲線基本上呈現(xiàn)線性。模糊控制能針對電容器充電狀態(tài)的不同，適時給予不同的充電電流，不至于發(fā)生大電流過充造成超級電容器受損的情況，確保使用壽命。 解決了系統(tǒng)的電磁兼容，從而能夠保證系統(tǒng)能夠安全可靠地工作。在電路裝置硬件電路、軟件以及印制電路板設(shè)計中所采取了一些抗干擾措施，可以有效地預(yù)防一些干擾帶來的誤差，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
上傳時間： 2013-04-24
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采用軟件校正的TMS320f2812內(nèi)置ADC采樣值方案
上傳時間： 2013-08-02
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電力變壓器是電力系統(tǒng)中及其重要的電氣設(shè)備，它的安全運行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。變壓器長期在電網(wǎng)中運行會發(fā)生各種故障和事故，一旦遭到破壞，損失巨大。通過預(yù)防性試驗和油中溶解氣體的氣相色譜分析結(jié)果判斷變壓器的絕緣狀況，對防止事故的發(fā)生有很大作用，但定期的預(yù)防性試驗可能出現(xiàn)過多的維修和不必要的停機，又不能及時發(fā)現(xiàn)故障；而變壓器在線監(jiān)測可以及早發(fā)現(xiàn)變壓器故障，避免事故的發(fā)生，而且可以降低維護成本。 變壓器中最常發(fā)生故障的部位是繞組，它的損壞率約占整個變壓器故障的60％～70％。診斷繞組變形的方法中，頻率響應(yīng)法、阻抗分析法、低壓脈沖法雖然有可取之處，但是都屬于離線方法，不能及時發(fā)現(xiàn)變壓器的故障，不適于在線測量；通過實時計算變壓器繞組短路電抗來在線診斷變壓器故障是一種有效的在線監(jiān)測方法。 本文根據(jù)變壓器繞組的短路電抗在正常運行時不發(fā)生變化，而在變壓器內(nèi)部故障時要發(fā)生變化的特性，應(yīng)用辯識理論，利用變壓器三相電壓、電流的測量值來辨識繞組的短路電抗。把辨識結(jié)果對比正常時的三相繞組的短路電抗，可以發(fā)現(xiàn)繞組是否異常及故障發(fā)生的部位，保證變壓器元件得到及時更換，防止變壓器非正常退出運行。 本文采用傅立葉算法來計算變壓器三相電壓、電流采樣信號的基波分量的幅值與相角，實現(xiàn)變壓器繞組的參數(shù)辨識，此時并沒有考慮衰減直流分量。經(jīng)過分析，當(dāng)采樣信號中存在衰減直流分量時傅立葉算法就會產(chǎn)生誤差，而遞推最小二乘法和卡爾曼濾波效果很好。 最后本文介紹了變壓器繞組參數(shù)辨識的實際應(yīng)用與誤差分析，分析了系統(tǒng)中軟件、硬件方面的問題對測量短路電抗造成的影響；以及參數(shù)辨識的軟件設(shè)計和運行試驗，驗證了方案的可行性。
上傳時間： 2013-07-29
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隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的電力電子裝置被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域,其中相當(dāng)一部分負(fù)荷具有非線性或具有時變特性,使電網(wǎng)中暫態(tài)沖擊、無功功率、高次諧波及三相不平衡問題日趨嚴(yán)重,給電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染和損耗.因此,對電力系統(tǒng)進行諧波抑制和無功補償,提高電網(wǎng)供電質(zhì)量變得十分重要.電力有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)與無源濾波器相比,APF具有高度可控制和快速響應(yīng)特性,并且能跟蹤補償各次諧波、自動產(chǎn)生所需變化的無功功率和諧波功率,其特性不受系統(tǒng)影響,無諧波放大威脅.并聯(lián)型電力有源濾波器(Shunt Active Power Filter,簡稱SAPF)更是得到了廣泛的應(yīng)用. 近年來,自適應(yīng)算法中的遞推最小二乘法(簡稱RLS)應(yīng)用越來越廣泛,該算法簡單,收斂速度快.應(yīng)用基于RLS自適應(yīng)算法的濾波器(簡稱RLS濾波器),可以快速有效的濾除雜波,同時自動調(diào)整濾波器參數(shù),不斷改進濾波性能,最終得到所需的信號. 本文研究了基于平均功率和RLS自適應(yīng)算法的并聯(lián)型有源濾波器.它的參考電流是一個同電網(wǎng)相電壓同相位的三相平衡的有功電流,它包含兩個分量:一個是由實測的三相負(fù)載瞬時功率計算得到的,基于平均功率算法的電網(wǎng)應(yīng)該為負(fù)載各相提供的有功電流瞬時參考值；另一個是為了維持有源濾波器中逆變器的直流母線電壓基本恒定,主要通過RLS濾波器計算得出的電網(wǎng)各相應(yīng)該提供的有功電流瞬時參考值.兩個分量的計算共同構(gòu)成了該有源濾波器參考電流的計算.補償電流指令值與實際補償電流比較生成控制逆變橋工作的PWM脈沖,生成補償電流,達(dá)到補償負(fù)載無功和抑制諧波的目的. 應(yīng)用RLS濾波器得到維持直流母線電壓恒定的直流側(cè)有功系數(shù)A<,dc>,克服了傳統(tǒng)PI控制中參數(shù)難以得到且由于參數(shù)過于敏感而導(dǎo)致補償后電流紋波太大的問題.使得當(dāng)穩(wěn)態(tài)時SAPF自身的功率損耗和暫態(tài)負(fù)載變化時因為直流側(cè)電容提供電網(wǎng)和負(fù)載之間的有功功率差而引起的電壓的波動迅速反饋到指令電流的計算中.RLS算法收斂快,SAPF實時性大大提高.基于該方法的SAPF結(jié)構(gòu)簡單,無需鎖相器. 根據(jù)本文的算法應(yīng)用MATAB建立了仿真系統(tǒng),仿真結(jié)果表明基于該算法的SAPF的可行性和實時性.
標(biāo)簽： RLS 功率 自適應(yīng)算法
上傳時間： 2013-04-24
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變電站自動化系統(tǒng)在我國應(yīng)用發(fā)展十多年來，為保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復(fù)雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應(yīng)用和協(xié)同操作，數(shù)據(jù)缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數(shù)字化水平不高、缺乏能夠完備實現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備之間互操作的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)造成的。 電力工業(yè)發(fā)展和市場化改革的深入對供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，變電站數(shù)字化、信息化的要求越發(fā)迫切，數(shù)字化變電站成為變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關(guān)等智能化一次設(shè)備的誕生使建設(shè)數(shù)字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網(wǎng)絡(luò)以及完備的通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字化變電站實現(xiàn)的保障，特別是最新頒布的變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)-IEC 61850為建設(shè)數(shù)字化變電站提供了全面規(guī)范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)為研究對象，結(jié)合新架構(gòu)的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)研制的具體實踐，展開專門研究，主要內(nèi)容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數(shù)字化變電站的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。 ②總結(jié)了IEC 61850的內(nèi)涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協(xié)議，更多意味的是變電站自動化系統(tǒng)的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術(shù)特征，包括功能分層的變電站、面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ汀⒐δ芘c通信的解耦、變電站配置語言和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述等。 ④從“類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對信息模型的屬性和服務(wù)進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應(yīng)用研究①從系統(tǒng)和設(shè)備兩個層面總結(jié)了實踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務(wù)。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時間及時間同步等通信模型的特殊通信服務(wù)映射。 ④討論了信息模型實體的構(gòu)建方法，即如何讓設(shè)備的實際功能、運行機制和數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確和完備的實現(xiàn)設(shè)備對應(yīng)信息模型的所有細(xì)節(jié)。IEC 61850沒有對實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的具體方法作出規(guī)定，這給各廠商在技術(shù)實現(xiàn)上留出了足夠的自由發(fā)揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態(tài)”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內(nèi)涵和應(yīng)用價值，則可能無法實現(xiàn)IEC 61850的預(yù)定目標(biāo)或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構(gòu)建方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析從中選擇出作者認(rèn)為最優(yōu)的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)(CNDS)的研究①在分析以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法的基礎(chǔ)上，針對標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)存在延時不確定的問題，總結(jié)了提高以太網(wǎng)實時性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網(wǎng)的一般局域網(wǎng)的區(qū)別，針對CNDS在網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應(yīng)對措施和解決方案。 ③提出了過程子網(wǎng)和全站惟一網(wǎng)絡(luò)2種組網(wǎng)方案。通過分析各自的特點與實現(xiàn)難度，指出過程子網(wǎng)目前較易實現(xiàn)，而全站惟一網(wǎng)絡(luò)將憑借信息高度共享等優(yōu)勢成為CNDS的最終形態(tài)。闡述了VLAN、由交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余等組網(wǎng)技術(shù)在SAS中的應(yīng)用方法及IED自身通信冗余的實現(xiàn)方法。 ④歸納了CNDS數(shù)據(jù)流的類型和到達(dá)時間規(guī)律：建立了簡單數(shù)據(jù)流模型為表征數(shù)據(jù)流、研究數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協(xié)議及其運行機制，提出了TcP應(yīng)用于CNDS的優(yōu)化方法。 ⑤利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，建立了EMAC和TCP/IP仿真節(jié)點模型，對以太網(wǎng)、TCP和交換式以太網(wǎng)的基本特征等進行了仿真研究；依據(jù)CNDS實際承載的功能，建立了過程子網(wǎng)和站級網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)仿真模型，圍繞網(wǎng)絡(luò)延時和端到端延時等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，對不同組網(wǎng)方式和應(yīng)用功能下的網(wǎng)絡(luò)性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結(jié)論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)①闡述了一種新架構(gòu)的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)的軟硬設(shè)計和實現(xiàn)方法。提出了適用于數(shù)字保護的RTOS多任務(wù)劃分方法。 ②以饋線保護測控裝置為例，建立了平臺的IEC 61850信息模型。以此為基礎(chǔ)，在平臺內(nèi)部實現(xiàn)了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現(xiàn)了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850系統(tǒng)和數(shù)字化變電站做好了準(zhǔn)備。 ③進行了保護測量功能和過程層通信試驗，驗證了平臺的可用性和過程層通信的可靠性，為類似設(shè)計方法在間隔層IED上的應(yīng)用提供了可信依據(jù)。
上傳時間： 2013-05-28
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高速電機由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(nèi)外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機械強度和轉(zhuǎn)子動力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗進行了深入分析。轉(zhuǎn)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(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、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(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(tǒng)，進行了空載和負(fù)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(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結(jié)果加以驗證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 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(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對于本文設(shè)計的高速永磁無刷直流電機，當(dāng)永磁體分塊數(shù)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(zhuǎn)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(dǎo)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時間諧波的透入深度時，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設(shè)計和轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進行了轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析，實驗研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導(dǎo)致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(tǒng)，進行了空載和負(fù)載實驗研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實驗計算結(jié)果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無刷直流 電機轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時間： 2013-05-18
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交流電機，特別是異步籠型電機，因具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，價格便宜等特點而得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，其調(diào)速方法同趨成熟，而交流調(diào)速的最理想方法還是變頻調(diào)速。隨著工業(yè)需求的快速增長，高壓大功率成為發(fā)展的必然趨勢，但是在中高壓大功率調(diào)速領(lǐng)域，大都采用電動機定速運行。 直到20世界末采用全控型電力電子器件的高壓大功率交流變頻調(diào)速產(chǎn)品誕生，大功率傳動領(lǐng)域巨大節(jié)能需求得到釋放。多電平功率變換技術(shù)可以使耐壓值較低的全控型電力電子器件可靠應(yīng)用于高壓大功率領(lǐng)域，并有效減少PWM控制產(chǎn)生的高次諧波。當(dāng)前，級聯(lián)式多電平功率變換電路在高壓電機調(diào)速和電力系統(tǒng)無功補償領(lǐng)域已獲得實際應(yīng)用。 本課題以10kV，250kW高壓變頻器為背景，主要研究級聯(lián)式多電平高壓變頻器在異步電機控制領(lǐng)域的應(yīng)用。在對高壓變頻器工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的同時，對主電路進行諧波改善分析。高壓變頻器很難做成通用變頻器，所以最好設(shè)計與之相適應(yīng)的高壓變頻電機。通過對這種新型電機設(shè)計的研究，更好地發(fā)揮了變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢。在本課題中，還采用了MATLAB7.0/Simulink6.0仿真軟件，對功率單元移相多重化進行了仿真，為進一步的研究做準(zhǔn)備。 依照本課題的研究，最終目的是為高壓變頻器在異步電機控制領(lǐng)域的應(yīng)用作結(jié)構(gòu)優(yōu)化，器件搭配的指導(dǎo)，并在運行過程中通過調(diào)試和仿真提供不斷改善的最佳方案。
上傳時間： 2013-05-17
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在早期階段，直流調(diào)速系統(tǒng)在傳動領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經(jīng)濟和受歡迎。永磁交流伺服系統(tǒng)作為電氣傳動領(lǐng)域的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重大的作用。永磁同步電動機以其特點廣泛應(yīng)用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領(lǐng)域。然而，永磁同步電動機具有較大的轉(zhuǎn)動脈動，而對于這些應(yīng)用場合，轉(zhuǎn)矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，必須考慮其轉(zhuǎn)矩脈動的抑制問題。本文針對電機傳動系統(tǒng)中參數(shù)變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數(shù)辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數(shù)辨識，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和擴展卡爾曼濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，抑制轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，對通過參數(shù)辨識抑制轉(zhuǎn)矩脈動進行了較為細(xì)致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數(shù)學(xué)模型。經(jīng)坐標(biāo)變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相（d—q）坐標(biāo)系下永磁同步電動機電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程。 2、分析了永磁同步電動機id=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對永磁同步電動機系統(tǒng)進行分析，推導(dǎo)并建立了id=0控制時整個電機系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 3、基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應(yīng)控制原理，設(shè)計了一種模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，考慮電機參數(shù)的時變性，對永磁交流伺服系統(tǒng)的繞組電阻和電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識進行了研究，以保持系統(tǒng)的動態(tài)性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的學(xué)習(xí)性能，經(jīng)過訓(xùn)練的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能以任意精度逼近非線性函數(shù)，因此為非線性系統(tǒng)辨識提供了一個強有力的工具。本章針對永磁同步電機提出了一種以電機輸出轉(zhuǎn)速為目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，同時應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立和設(shè)計了負(fù)載轉(zhuǎn)矩擾動辨識的算法以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)的補償方法，并應(yīng)用MATLAB軟件進行了計算機仿真，仿真證明和傳統(tǒng)的控制方法相比，以電機輸出轉(zhuǎn)速為指導(dǎo)值和目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案能有效地提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，能有效地改善控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優(yōu)點。 5、電機的參數(shù)會隨著溫升和磁路飽和發(fā)生變化，需進行在線實時辨識。本文利用電機的定子電流、電壓和轉(zhuǎn)速，采用遞推最小二乘法進行在線參數(shù)辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數(shù)辨識的耦合。電機狀態(tài)方程由于存在狀態(tài)變量的乘積項，對電機參數(shù)辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態(tài)方程進行狀態(tài)估計，得到電機的參數(shù)辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態(tài)估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結(jié)果。 6、本文基于數(shù)字電機控制專用DSP自行開發(fā)了全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，通過軟件實現(xiàn)擴展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結(jié)果，證明擴展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準(zhǔn)確的，由此構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。
標(biāo)簽： 電機 傳動系統(tǒng) 參數(shù)辨識
上傳時間： 2013-07-28
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