電力電子系統(tǒng)的集成化是現(xiàn)今電力電子技術發(fā)展的趨勢，系統(tǒng)的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統(tǒng)，對復雜電力電子裝置的系統(tǒng)級集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對電力電子系統(tǒng)網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統(tǒng)網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統(tǒng)的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統(tǒng)的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統(tǒng)的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統(tǒng)是網絡化分布式控制系統(tǒng)的應用對象。首先，論文以復雜系統(tǒng)為研究對象，分析了應用系統(tǒng)的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統(tǒng)的網絡化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統(tǒng)集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現(xiàn)有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統(tǒng)的網絡，從結構、速率和協(xié)議等各個方面將兩類網絡進行了系統(tǒng)的對比。明確了電力電子系統(tǒng)網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統(tǒng)所需網絡必需具備的條件。根據現(xiàn)有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統(tǒng)網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統(tǒng)控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結了系統(tǒng)的控制功能和控制內容，對系統(tǒng)不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統(tǒng)內模塊控制信息延時對不同應用系統(tǒng)的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統(tǒng)對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時系統(tǒng)；2）定延時系統(tǒng)。針對上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統(tǒng)開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統(tǒng)網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統(tǒng)級集成方案。根據主節(jié)點和從節(jié)點的控制任務需求，分別從功能和系統(tǒng)結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統(tǒng)的接口需求分析，對節(jié)點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數(shù)據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統(tǒng)同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統(tǒng)所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統(tǒng)的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數(shù)和變量的申明和配置，并研究參數(shù)的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執(zhí)行速度上的優(yōu)點。論文對電力電子系統(tǒng)控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統(tǒng)網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統(tǒng)的延時影響與舊網絡系統(tǒng)的延時影響進行比較，總結新網絡系統(tǒng)在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優(yōu)勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統(tǒng)級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統(tǒng)級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統(tǒng)提出了實時電力電子系統(tǒng)網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統(tǒng)提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統(tǒng)，為實現(xiàn)標準的應用系統(tǒng)組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統(tǒng)的即插即用和動態(tài)重構提供了研究基礎，從而為最終實現(xiàn)復雜變流器的應用系統(tǒng)級集成提供系統(tǒng)化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統(tǒng)集成和標準化研究的一個新方向。
標簽： 電力電子 網絡 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-15
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隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，開發(fā)利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、大規(guī)模開發(fā)利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注，而太陽能光伏并網發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢，必將得到快速的發(fā)展。此外，高性能的數(shù)字信號處理芯片(DSP)的出現(xiàn)，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網逆變器成為可能。本論文就是在此背景下，對太陽能并網發(fā)電系統(tǒng)中的核心器件并網逆變器進行了較為深入的研究，具有重要的現(xiàn)實意義。 太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。 首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數(shù)學模型。 其次，本文對幾種傳統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優(yōu)缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩(wěn)定性，設計采用改進的間歇掃描法來實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統(tǒng)的性能和最大功率點跟蹤速度。 再次，針對既可獨立運行又可并網運行的單相光伏逆變器，本文采用有效值外環(huán)、瞬時值內環(huán)的控制方法，既保證了逆變器輸出的靜態(tài)誤差為零，又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網兩種運行模式的輸出濾波器結構和元件參數(shù)的計算過程，并通過仿真和實驗驗證了設計的合理性。 隨后，詳細討論了并網過程中的軟件鎖相環(huán)技術，對鎖相環(huán)電路的組成、工作原理進行了研究，實驗結果表明此方法可靠有效，能使逆變器輸出電流與電網電壓完全同相，達到功率因數(shù)為1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作為主控芯片，研制完成1.5kW實驗樣機，分別得出了獨立運行和并網運行時的實驗結果，結果表明，所采用的控制策略和設計的硬件電路能夠滿足設計要求，系統(tǒng)可安全、穩(wěn)定運行。
上傳時間： 2013-05-18
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近年來隨著能源短缺和供電設備對供電電源的性能和可靠性要求的提高，逆變電源并聯(lián)運行技術得到了大力發(fā)展。在逆變電源并聯(lián)技術中，最重要的是如何限制模塊間的環(huán)流，并使并聯(lián)模塊最終達到同步運行。傳統(tǒng)方法被證明已經不能滿足要求，隨著DSP數(shù)字信號處理器運算速度越來越快，將DSP應用到逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)中已經成為一種趨勢。本文在比較了國內外的并聯(lián)系統(tǒng)控制策略的基礎上，提出了將工業(yè)自動化領域熱門的現(xiàn)場CAN總線技術引用到系統(tǒng)中，實現(xiàn)了真正的分布式控制和并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)的智能化，提高了實際運行中系統(tǒng)的可靠性。在研究和分析了單臺三相逆變電源的數(shù)學模型的基礎上，設計了基于SVPWM調制和電壓閉環(huán)反饋控制的三相逆變電源，作為并聯(lián)系統(tǒng)的基礎。在并聯(lián)運行技術的研究中，重點分析了并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流特性，電壓特性和功率特性，提出了一種基于CAN總線的功率均分控制策略。仿真結果證明，這種方法對于環(huán)流的抑制和并聯(lián)模塊的同步運行是行之有效的。針對并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)，本文設計了CAN總線的接口電路和相應的通信模塊，并在DSP上實現(xiàn)，確保了在并聯(lián)運行過程中數(shù)據傳輸?shù)耐暾院蛯崟r性。最后在TMS320LF2407平臺上，給出了逆變器控制和并聯(lián)相關的硬件電路和軟件流程圖，并用MATLAB對本文涉及到的關鍵算法進行了仿真分析，給出了相應的波形。
上傳時間： 2013-06-08
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諧振變換器相對硬開關PWM變換器，具有開關頻率高、關斷損耗小、效率高、重量輕、體積小、EMI噪聲小、開關應力小等優(yōu)點。而LLC諧振變換器具有原邊開關管易實現(xiàn)全負載范圍內的ZVS，次級二極管易實現(xiàn)ZCS諧振電感和變壓器易實現(xiàn)磁性元件的集成，以及輸入電壓范圍寬等優(yōu)點，因而得到了廣泛的關注。 本文對諧振變換器的基本分類和各種諧振變換器的優(yōu)缺點進行了比較和總結，并與傳統(tǒng)PWM變換器進行了對比，總結出LLC諧振變換器的主要優(yōu)點。并以400W LLC諧振變換器為目標設計，LLC前級使用APFC電路，后一級是LLC諧振變換器。 首先，基于FHA(基波分析法)的方法對LLC諧振變換器進了穩(wěn)態(tài)電路的分析，并詳細闡述了LLC諧振變換器在各個開關頻率范圍內的工作原理和工作特性。隨后，文章詳細比較了LLC諧振變換器與傳統(tǒng)的諧振變換器和半橋PWM變換器不同之處。 然后，文章分別采用分段線性法和擴展描述函數(shù)法建立了LLC諧振變換器的小信號模型。由于分段線性法建立的小信號模型僅考慮了LLC諧振變換器工作在滿負載的情況下，為了建立更具一般性的模型，論文又采用了擴展描述函數(shù)法建模，用以指導控制環(huán)路的設計。 接著，論文對整個系統(tǒng)進行了綜合設計。文章給出了APFC部分的主電路和控制補償回路的具體設計；同時，也做出了LLC諧振變換器主電路的具體設計，而LLC諧振變換器控制回路的設計，仍需要更深一步的研究，并需提出一種切實可行的設計方法。 最后，采用Pspiee軟件建立了仿真模型。仿真結果得出LLC諧振變換器能在負載和輸入電壓變化范圍都很大的情況下實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定調節(jié)，并能實現(xiàn)場效應管和二極管的軟開關，驗證了理論分析的正確性；由于實驗條件的限制，制作的實驗電路板處于調試之中，希望進一步驗證理論設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國工業(yè)化進程加快，各種電力負荷迅速增加，造成了電網無功功率消耗增加，使電能的傳輸和利用效率降低，電能質量中的無功功率補償問題變得越來越重要。靜止無功發(fā)生器(STATCOM)作為柔性交流輸電系統(tǒng)的重要裝置之一，是無功功率補償發(fā)展的趨勢。 論文首先介紹并比較了現(xiàn)有的無功補償裝置，分析了STATCOM相對于其他無功補償裝置的優(yōu)越性。總結了STATCOM的間接電流控制和直接電流控制兩種控制方式，并對兩種控制方式所衍生的幾種控制結構進行了介紹，說明了其控制原理。 詳細討論了直接電流控制的幾種控制結構，并建立了相應的仿真模型，進行了仿真和比較分析。研究了它們在穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能上的優(yōu)缺點。其中重點討論了采用空間電壓矢量調制方法(SVPWM)跟蹤給定電壓矢量，來控制STATCOM的電流產生，并且采用直流側電壓可變給定。仿真結果證明此種方法具有直流側電壓利用率高、降低功率器件的開關損耗、適應電網電壓不對稱的環(huán)境的優(yōu)點。 介紹了基于FPGA和DSP硬件開發(fā)平臺設計方法。對FPGA的控制軟件編程設計進行了詳細討論，其中重點討論了應用DSP builder。工具箱實現(xiàn)全數(shù)字三相鎖相環(huán)和SVPWM控制模塊的方法。
標簽： STATCOM 控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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本文分別建立了三相電壓型PWM整流器在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相同步旋轉坐標系中的數(shù)學模型，對三相電壓型PWM整流器多種電流控制策略進行了研究和對比，并對三相電壓型PWM整流器控制系統(tǒng)的設計進行了研究。 通常情況下，PWM整流器控制系統(tǒng)需要用到交流電壓、電流傳感器以及直流電壓傳感器，以實現(xiàn)直流電壓和交流電流的雙閉環(huán)控制。利用傳感器可以快速、便捷地獲得電壓電流參數(shù)，但也導致了系統(tǒng)體積大、成本較高，并降低了系統(tǒng)運行可靠性。為此，本文研究和總結了三相電壓型PWM整流器無交流電流傳感器的三種控制策略：基于直流側電流檢測的控制策略、基于直流電壓檢測的控制策略和基于狀態(tài)空間平均技術的控制策略。并通過Matlab中的Simulink仿真軟件對前兩種控制策略進行了仿真驗證分析。 在以上理論的分析基礎上，本文設計并實現(xiàn)了一套以TMS320F2812 DSP為控制核心的無交流電流傳感器的PWM整流器的控制系統(tǒng)的解決方案，包括控制系統(tǒng)的硬件解決方案和軟件解決方案，搭建了實驗平臺并進行了調試。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：郭靜0516
由于世界能源危機的日益嚴重和全球環(huán)境的不斷惡化，大規(guī)模開發(fā)清潔可再生能源成為當前能源戰(zhàn)略的主要方向。太陽能作為當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生能源之一，得到了各界的廣泛關注。在太陽能的利用中，光伏發(fā)電并網又是其主要發(fā)展方向之一。 由于光伏產業(yè)界目前還沒有統(tǒng)一的標準，又因為功率等級及應用場合的不同，使各種拓撲結構的光伏并網變流器都得以嘗試使用。本文就是在此背景下，對當前使用的各類光伏并網變流器的拓撲結構和控制方法進行比較，并結合光伏并網系統(tǒng)實際應用中暴露的主要缺陷，從適應光伏陣列輸出特性和提高系統(tǒng)整體的可靠性兩方面入手，提出Z-source變換器結合PWM整流器的拓撲結構。 文章首先介紹了光伏并網系統(tǒng)中并網變流器的三種隔離回路方式，及應用于小功率和中大功率場合的不同主電路拓撲結構及控制策略，比較其優(yōu)缺點，提出了Z-source變換器結合PWM整流組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種拓撲結構可以減小系統(tǒng)中電解電容的體積容量，并解決由太陽能電池板輸出電壓大范圍變化所帶來一系列問題，同時可以在一定程度上改善系統(tǒng)的可靠性問題。其次，文中分析介紹了Z-source變換器的工作原理，對比了三種升壓控制的實現(xiàn)方式和性能差異，并簡述了逆變器的三種SPWM電流控制策略及其優(yōu)缺點。最后，結合整體系統(tǒng)需要，將Z-source變換器的升壓控制與PWM整流器的并網控制融合，提出完成逆變并網功能和最大功率點跟蹤的控制思想。 根據上述分析和研究，選定整體光伏系統(tǒng)的硬件結構和控制方案。詳細闡述了系統(tǒng)硬件部分的設計計算，提供了系統(tǒng)主電路結構、參數(shù)計算、元件選型和控制電路的設計的詳細說明，并完成了主電路硬件的制作。根據空間狀態(tài)方程法對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行仿真建模，仿真模型包括主電路拓撲及各控制子模塊，文中簡要說明各控制模塊的功能，給出仿真結果并進行分析。驗證該系統(tǒng)可以較好的實現(xiàn)本文提出的控制方案所應完成的各項功能，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，性能良好。
上傳時間： 2013-07-12
上傳用戶：asd_123
光伏發(fā)電是集開發(fā)可再生能源、改善生態(tài)環(huán)境于一體的重大課題，有巨大的經濟、社會效益和學術研究價值。 本文首先介紹了3kW光伏并網逆變器系統(tǒng)的組成和結構。3kW光伏并網逆變器采用兩級式結構，主電路由前級Boost變換器和后級的單相逆變橋組成。控制部分以DSP(DSP56F803)為核心，實現(xiàn)了光伏陣列最大功率點的跟蹤控制，以及產生與電網壓同頻同相的正弦電流，實現(xiàn)并網的功能。本文重點對逆變器系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制進行研究。 針對基于外特性建立的光伏陣列模型雖然簡單、參數(shù)易解，但精度低的問題，本文建立了基于物理特性的光伏陣列模型，并考慮光照強度、環(huán)境溫度對光伏陣列的影響，模型參數(shù)與實際參數(shù)嚴格對應。將幾種最大功率點跟蹤算法應用于所建立的光伏陣列模型使用MATLAB進行仿真，分析仿真結果，比較各種算法的優(yōu)缺點，總結出每種算法所適用的環(huán)境，并給出了最大功率點跟蹤控制在并網逆變器系統(tǒng)的實現(xiàn)策略。 設計了適用于額定功率為100W的光伏陣列最大功率點跟蹤的Boost電路，分別給出了利用PIC單片機16F873實現(xiàn)擾動觀察法和增量電導法的程序流程圖，實現(xiàn)了這兩種算法控制下光伏陣列的最大功率點跟蹤，并分析了兩種算法的跟蹤性能。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：fudong911
現(xiàn)如今，逆變器的脈沖寬度調制(PWM)技術作為一種最常見的調制方式在交流傳動系統(tǒng)中廣泛應用。采用PWM調制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的，很多種基于PWM原理的調制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調速系統(tǒng)中，逆變裝置具有調速范圍寬，輸出頻率變化快等特點，而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下，分段同步調制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出，達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調制在交流牽引傳動系統(tǒng)中的應用進行研究，主要目的在于解決該調制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調制模式下載波比和載波比切換點選取的原則，重點分析了分段同步調制模式下載波比切換點沖擊電壓的產生原因和危害，提出了改善電壓電流沖擊的方法，并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外，本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺，在開環(huán)的VVVF調速系統(tǒng)中進行了分段同步調制載波比切換實驗；在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了分段同步調制模式下的電機牽引模型，進行了分段同步調制載波比切換仿真；實驗和仿真結果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發(fā)生的沖擊，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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三相異步電動機結構簡單、價格便宜以及維修方便等優(yōu)點，被廣泛應用于工農業(yè)生產和日常生活等領域。隨著各行各業(yè)中生產機械的不斷更新和發(fā)展，其中對電動機的起動性能要求越來越高。傳統(tǒng)的電機起動方式其局限性，不能有效減少起動時對電網的大電流沖擊，已越來越不能適應現(xiàn)代生產發(fā)展的要求。針對上述問題，本文提出了一種以TMS320LF2407 DSP為核心的高性能數(shù)字式電機軟起動器。相比于傳統(tǒng)的起動器，它能顯著的改善電機的起動性能。 由于軟起動器所具有的優(yōu)點及其它控制設備無法比擬的性價比，使得軟起動器的應用前景十分廣闊。加上現(xiàn)在國內電力供應緊張，軟起動器在節(jié)能方面有突出的表現(xiàn)。因此軟起動器擁有十分廣闊的市場。但是在國內軟起動器市場，以國外產品居多。國外產品質量高，但是價格昂貴，性價比不高，在國內徹底普及有困難。針對該現(xiàn)狀，本文設計出一種以DSP-TMS320LF2407為核心低價格，高性能的異步電動機軟起動器。 本軟起動器采用品閘管調壓方式，采用模塊化設計思想，通過改變晶閘管的觸發(fā)角來實現(xiàn)對定子兩端的電壓的調節(jié)。從而實現(xiàn)了異步電動機電壓斜坡起動、限流起動、軟停車等功能。 本文利用MATLAB搭建了軟起動器系統(tǒng)的仿真模型，對軟起動的控制方式進行了仿真研究。仿真結果表明該軟起動器系統(tǒng)可以有效地減小異步電動機起動時對電網的沖擊。本文同時也闡述了晶閘管調壓電路及軟起動器主電路的工作原理、軟起動器的硬件結構和功能以及軟件設計。該軟起動器操作方便簡單，智能化程度高，能夠及時跟隨電機負載的變化，使電機順利起動。經過實驗調試，基本上達到了改善鼠籠式異步電動機起動性能的要求，在保障降低異步電動機起動電流的前提下，使電機能夠平穩(wěn)可靠起動。
上傳時間： 2013-04-24
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