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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低壓電器電弧運動過程三維成像理論及運動機理研究在國內外取得了一定的進展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對電弧運動可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術涉及到電器學、數值計算、圖像處理、計算機科學等眾多學科領域，加之電弧復雜的非線性特性及其瞬時特性，導致測量研究的困難，在電弧機理、性能分析和模型設計等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機構的三維有限元分析、電器的計算機輔助設計、電弧動態特性研究等方面，存在大量的工作要做。對這些問題的深入研究，可以更好地認識電器觸頭在整個運動過程中極其復雜的電、熱、磁、機械等一系列現象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動態運動過程，本文在研究開關電器電弧圖像增強及運動過程三維可視化的基礎上，分析電弧形成機理、電弧特性和運動形態的基本理論，進一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應，建立其運動數學模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測、圖像增強。本文提出一種基于小波變換的圖像增強和直方圖的圖像增強算法，在保留電弧弧柱強特征的同時，突出顯示電器動觸頭圖像特征使增強后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動態過程分析和電弧可視化模型的構建提供有效的分析基礎，并取得良好的電弧圖像增強效果。本文構造了基于比色測溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數據處理等硬件裝置，對試驗采集裝置進行了標定；將醫學上成功應用的計算機層析成像理論，應用于對電弧進行三維溫度場重建的研究，構造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強度的實驗裝置，通過對觸頭邊緣檢測的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對輻射拾取光路進行校準，編制了系統軟件，實現電弧三維溫度場的重建。研究數學模擬計算方法，提出了適合低壓電器電弧數學模型計算的方法。用計算機求解獲得以前依靠實驗才能獲得的開斷波形及運動過程，將理論分析、試驗研究和計算機仿真有機結合起來，使產品設計更加科學和準確，可以大大減少設計周期，減少試驗的盲目性和費用，有利于提高電器產品的技術性能，對于新產品開發，優化滅弧室設計及模擬實驗，具有十分重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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非接觸電能傳輸技術是一門新興的能量傳輸技術，它集合了電力電子能量傳輸技術、磁場耦合技術以及現代控制理論。由于這種電能傳輸方式沒有接觸摩擦，可減少對設備的損傷，不會產生易引燃引爆的火花，解決了給移動設備特別是在惡劣環境下，工作設備的供電問題。在交通運輸、航空航天、機器人、醫療器械、照明、便攜式電子產品、礦井和水下應用等場合有著廣泛的應用前景。本文對非接觸電能傳輸技術進行了理論和實驗研究。主要研究內容如下： ⑴介紹了非接觸電能傳輸技術的國內外研究現狀，發展前景，基本原理與所涉及到的關鍵技術。 ⑵通過建立漏感模型，對采用各種補償方式時，補償電容的選擇進行了分析與研究，并對不同補償方式時，負載對系統傳輸效率的影響進行了分析。 ⑶介紹了PWM調制硬開關技術、軟開關技術，比較分析了應用于無接觸電能傳輸系統主變換器的幾種逆變器拓撲結構，詳細分析了移相全橋變換器的工作原理，在此基礎上，對變換器進行改進，提出了基于移相全橋控制的諧振變換器，并對變換器的工作原理進行了詳細分析。 ⑷對系統原副邊主電路的主要參數進行了分析與設計，對松耦合變壓器的結構選擇、主要參數進行了分析與設計。 ⑸分別用通用DSP芯片TMS320F2812和專用控制芯片UC3875對系統的控制電路進行了設計。 ⑹對系統進行了仿真研究，在仿真成功的基礎上，采用UC3875控制方案制作了實驗樣機，進行了實驗研究。
上傳時間： 2013-07-19
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多電平逆變器中每個功率器件承受的電壓相對較低，因此可以用低耐壓功率器件實現高壓大容量逆變器，且采用多電平變換技術可以顯著提高逆變器輸出電壓的質量指標。因此，隨著功率器件的不斷發展，采用多電平變換技術將成為實現高壓大容量逆變器的重要途徑和方法。本文選取其中一種極具優勢的多電平拓撲結構一級聯多電平變頻器作為研究對象，完成了其拓撲結構、控制策略及測控系統的設計。 @@ 首先，對多電平變頻器的研究意義，國內外現狀進行了分析，比較了三種成熟拓撲結構的特點，得出了級聯型多電平變頻器的優點，從而將其作為研究對象。對比分析了四種調制策略，確定載波移相二重化的調制方法和恒壓頻比的控制策略，進行數學分析和理論仿真，得出了選擇的正確性及可行性。并指出了級聯單元個數與載波移相角的關系和調制比對輸出電壓的影響；完成了級聯變頻器數學模型的建立和死區效應的分析。 @@ 其次，完成了相關硬件的設計，包括DSP、CPLD、IPM的選型，系統電源的設計、檢測(轉速、電流、電壓、故障)電路的設計、通信電路的設計等。用Labwindows/CVI實現了上位機界面的編寫，實現了開關機、設定轉速、通信配置、電壓電流轉速檢測、電流軟件濾波、諧波分析。編寫了下位機DSP的串口通信、AD轉換、轉速檢測(QEP)以及部分控制程序。 @@ 最后，在實驗臺上完成硬件和軟件的調試，成功的實現了變頻器載波移相SPWM的多電平輸出，并驅動異步電機進行了空載變頻試驗，測控界面能準確的與下位機進行通信，快捷的給定各種控制命令，并能實時的顯示變頻器的輸出頻率、輸出電壓和輸出電流，為實驗調試增加了方便性，提高了工作效率。 @@關鍵詞：級聯多電平逆變器；載波移相；IPM；DSP；Labwindows/CVI；測控界面
上傳時間： 2013-04-24
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隨著21世紀的到來，特別是近年來現代高科技和信息技術正在由智能大廈走向智能化住宅小區，進而走進家庭。人們對家居生活環境的要求也越來越高，并將注意力越來越多的放在了生活環境的安全性、舒適性和便利性上。 家居無線監控問題是當今國際建筑智能化領域的前沿性研究課題。無線傳感網絡的出現克服了家庭中布線的煩瑣，充分體現了智能家居系統的靈活、方便、高效。本項目研究開發了基于ZigBee技術和Internet技術的智能家居監控系統，將Internet的遠程監控與ZigBee短距離控制相結合，實現系統的家居無線控制和數據采集，避免了綜合布線，可擴展性好。 本文首先進行系統總體設計，結合底層ZigBee無線傳感網絡的特點和系統總體網絡監控的要求，將該系統設計分為四部分：無線傳輸模塊、數據處理模塊、以太網傳輸模塊、上位機顯示界面。然后對ZigBee協議標準做了全面地研究分析，同時給出了基于CC2430的無線傳輸模塊的軟硬件設計和星型網絡搭建，并給出了測試結果。接著設計了基于TMS320F2812的數據處理模塊，給出了硬件電路和外圍輔助電路設計方案，并為其移植了實時操作系統μc/OS-Ⅱ。本設計完成了基于RTL8019AS的以太網傳輸模塊設計和系統的以太網通信程序的設計，實現了從底層ZigBee無線傳感網絡的數據采集最終到監控機的數據傳輸并測試成功。最后在VC++6．0環境下，應用Windows Sockets套件接口開發顯示界面對底層采集的數據分類顯示。 整個智能家居監控系統能夠對家用電器的完成開關量的控制，還能夠對三 表（水表、電表、燃氣表）進行無線抄表，最重要的是可監測來自家庭安防傳感器（火警、煤氣泄露）的數據，以備物業等部門監控。通過測試后，證實了設計方案的正確性，結果滿足系統設計要求，該設計具有一定的新穎性和實用性。關鍵詞：智能家居，ZigBee，數據處理，μC/OS-Ⅱ，Windows Sockets
上傳時間： 2013-06-28
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勵磁系統是電力系統控制的重要組成部分，它直接影響著發電機的運行可靠性、經濟性和電力系統運行的穩定性。勵磁系統性能的優化與控制策略的研究，對發電機乃至整個電力系統的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發電機的技術特點，全面論述了勵磁系統主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調節單元軟硬件的實現進行研究，以滿足發電機在不同運行工況下對勵磁系統控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優勵磁控制理論的基礎上，客觀分析了兩種控制方式的優點與不足，綜合二者的優點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現。通過實驗發現，綜合勵磁控制器的性能更優越，其提高了勵磁系統的控制精度，改善了機組運行的穩定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數學推理與軟件實現；根據機組的運行結果可知，該算法的改進不僅解決了傳統PSS的反調問題，而且優化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發電機park微分方程，推導了發電機起勵與滅磁的數學方程。在Matlab/Simulink仿真環境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果，并對結果進行客觀地分析，得出了有用的結論。
上傳時間： 2013-04-24
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充電系統對于實際的電動汽車而言是不可缺少的子系統，當蓄電池的電能用完之后，就必須使用充電系統對電池進行再充電。對于這種電動車充電系統的監控，目前國內尚處于起步階段。 本文以電動車充電站的建設為背景，對充電機監控系統的通信總線和上位機軟件設計進行了研究。首先介紹了系統的整個網絡規劃，然后對工業現場總線的特點、CAN2.0總線技術、涉及到的通信協議分別做了詳細的描述，重點介紹了CAN總線的相關設計和系統的硬件、軟件設計及實驗結果。設計過程中參考了目前比較成熟的CAN2.0與J1939協議，并創新性的將這一用于汽車內部的通信總線移植到充電站內充電機與上位機之間的通信系統中。整個設計的創新在于將CAN總線這一現有成熟技術應用在充電站監控系統建設這一新領域，成功的實現了總線的移植。 整個系統中，系統前端執行數據采集、充電控制等任務，同時通過CAN總線和以太網分別實現前端數據采集模塊與監控計算機、監控計算機與數據服務器的數據傳輸，實現站內充電機的統一監控。本文圍繞系統整體網絡組建，CAN網絡通信以及系統軟硬件設計進行了討論，并提供了一套完整的、先進的、可行的充電機監控系統通信總線及軟件的解決方案。這種監控方案提高了系統通信的實時性、準確性、安全性，同時極大的提高了充電工人的工作效率。 目前系統的各項參數及功能已在實驗室測試完畢，性能已基本達到設計目標，即將被用于奧運會電動汽車充電站的建設。
上傳時間： 2013-04-24
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H．264/AVC規范是由國際電聯(ITU-T)和國際標準化組織(ISO)聯合制定的新一代視頻編解碼標準。它具有如下四個特點：低碼流，和MPEG2等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8；高圖象質量，復雜的算法保證了低碼流條件下圖像仍能保留豐富的細節；容錯能力強，提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的必要工具；網絡適應性強，提供了網絡適應層，數據能在不同網絡上傳輸。但由此帶來的代價是復雜度極高的編碼過程，尤其是在嵌入式系統中實現具有很大的挑戰性。 本文主要介紹了基于H.264標準的開源代碼T264向DM642平臺的移植和優化。優化綜合運用了上層和底層的實現方法實現。上層的方法例如使用CCS提供的條件優化代碼優化功能，使用IMGLIB中高度優化的函數等，其特點是簡便易行，效果良好；底層的實現方法例如使用DM642特有的內聯函數，用線性匯編的方式實現算法等，特點是提高了代碼運行的并行性，但需要對DM642和H.264有很深刻的理解。 目前本設計已成功完成H.264.算法在DM642開發板上的運行，壓縮QCIF格式視頻的速度隨圖像復雜度的不同達到了35-50幀每秒。此后本設計還繼續使用優化后的編碼器實現了監控用視頻服務器的原型，使得攝像頭采集的視頻數據在DM642開發板上壓縮后傳輸至PC機，且能夠在PC端用配套的程序成功解碼并播放。
上傳時間： 2013-06-23
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矢量控制變頻調速系統是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統，并實現了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統的軟件部分，給出了調速系統的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節器來代替傳統的PI調節器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統具有良好的動靜態性能，運行穩定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統。
上傳時間： 2013-05-25
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在功率電路中，電壓的檢測相對于電流的檢測要簡單和容易得多。電壓的檢測可以很方便地進行而不會對電路性能產生明顯影響；而對電流的檢測卻要復雜得多，電流的檢測必須引入測量電流的檢測器，檢測器的引入將影響電路的性能。根據具體的電路，選擇合適的電流檢測方案，并進行正確的電路設計，是功率電路設計成敗的關鍵之一。 在開關電源設計中，電流檢測技術起著至關重要的作用，是開關電源設計成功與否的關鍵因素。本文首先詳細分析和比較了目前開關電源中常用的電阻檢測、磁檢測、MOSFET檢測等幾種電流檢測方法。并根據各自的特點，將各種技術加以區別，為各種開關電源選擇合適的檢測技術指明了方向。在此基礎上，本文提出了兩種適用于電流型控制開關電源的新型電流檢測電路。該電路結合了場效應晶體管導通電阻特性和電流鏡像原理，能即時、快速地檢測流過功率開關管的電流，以有效地進行開關控制和過流保護。論文最后還介紹了一種無檢測電路的控制，并提出了一種分析無電流傳感器控制斜坡補償的分析方法，從理論上證實了電流型控制斜坡補償的意義。
上傳時間： 2013-06-07
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