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專輯類-數(shù)字處理及顯示技術(shù)專輯-106冊-9138M 子波變換理論及其在信號處理中的應(yīng)用-200頁-2.7M.pdf
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開發(fā)和研制無鐵心永磁電機是當(dāng)前電機領(lǐng)域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統(tǒng)有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發(fā)無鐵心永磁電機需要準(zhǔn)確計算電機的參數(shù)和性能，而實現(xiàn)這一任務(wù)的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結(jié)構(gòu)特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學(xué)的研究熱點之一。 本文的研究內(nèi)容是國家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設(shè)計與集成技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節(jié)約計算機內(nèi)存和CPU時間。根據(jù)對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結(jié)合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標(biāo)量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標(biāo)量磁位漸近邊界條件數(shù)學(xué)模型。為了盡可能減少節(jié)點的數(shù)量，結(jié)合無鐵心永磁電機的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標(biāo)量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標(biāo)量漸近邊界條件與有限元法結(jié)合的三維開域靜磁場的數(shù)學(xué)模型，并提出具體的實施方法，推導(dǎo)出相應(yīng)的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結(jié)果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優(yōu)于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節(jié)約計算機內(nèi)存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內(nèi)轉(zhuǎn)子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉(zhuǎn)子均無鐵心的情況下電機內(nèi)部及周圍磁場的大小，總結(jié)出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規(guī)律。 第三部分針對不同拓撲結(jié)構(gòu)的Halbach磁體陣列電機磁場問題進行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉(zhuǎn)子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規(guī)律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數(shù)、電樞計算長度等主要設(shè)計參數(shù)隨電機結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律。 第四部分針對具有試驗數(shù)據(jù)的三種結(jié)構(gòu)的無鐵心永磁電機樣機進行了計算和分析，計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機根據(jù)反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，以實現(xiàn)永磁同步電機的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現(xiàn)位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負載特性進行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設(shè)計，文中詳細討論了位置估算程序和實現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計和調(diào)試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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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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在傳統(tǒng)的直線驅(qū)動場合，都是由旋轉(zhuǎn)電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線運動。這樣的設(shè)置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產(chǎn)生的噪聲也非常明顯，同時也給系統(tǒng)的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現(xiàn)可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運動的能力，直線電機已經(jīng)在機床驅(qū)動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經(jīng)過孕育、實驗、開發(fā)和實用這四個階段的發(fā)展，并借助于電力電子技術(shù)，以及日漸成熟的直線電機控制技術(shù)，直線電機已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了制造業(yè)、交通運輸業(yè)等各個方面。 與旋轉(zhuǎn)電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應(yīng)用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應(yīng)電機。其中直線步進電機更多的是應(yīng)用在需要精確定位的場合，比如半導(dǎo)體工業(yè)；后兩者則被應(yīng)用在需要連續(xù)和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優(yōu)點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結(jié)構(gòu)也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發(fā)展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內(nèi)仍缺乏系統(tǒng)化的永磁直線同步電機設(shè)計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計思路的表現(xiàn)并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設(shè)計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統(tǒng)方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設(shè)計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當(dāng)目標(biāo)推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數(shù)目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復(fù)雜的繞組設(shè)計，這就給電機的系列化設(shè)計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設(shè)計任務(wù)的基礎(chǔ)上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統(tǒng)方案也更平穩(wěn)。體現(xiàn)了該設(shè)計方案的優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-29
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輕型高壓直流輸電系統(tǒng)在解決交流系統(tǒng)非同步互聯(lián)、向偏遠地區(qū)的無源負荷供電、滿足保護環(huán)境要求等方面具有很大的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的基于兩電平或三電平電壓源型換流器的輕型高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流器交流側(cè)需要使用體積龐大和笨重的濾波裝置，橋臂的高電壓需要功率開關(guān)器件直接串聯(lián)來實現(xiàn)等，增大了換流站的占地空間，降低了換流器的工作效率。 本文針對傳統(tǒng)輕型高壓直流輸電系統(tǒng)所存在的缺點，采用一種新的模塊化多電平換流器作為輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的換流器。分析了模塊化多電平換流器的工作原理，并提出將其應(yīng)用于輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的調(diào)制算法和控制策略。最后對控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案進行一定的探討。通過仿真驗證所提出的調(diào)制算法和控制策略的正確性。具體說來，全文的主要工作體現(xiàn)在以下幾個方面： 1、詳細講述模塊化多電平換流器的拓撲結(jié)構(gòu)、子模塊的具體實現(xiàn)形式及工作原理，并提出適合該換流器的調(diào)制算法。 2、詳細介紹組成輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓源型換流器的工作原理，分析電壓源型換流器的間接電流和直接電流控制策略。 3、對基于模塊化多電平換流器的輕型高壓直流輸電系統(tǒng)進行仿真，驗證所提出控制策略的正確性。 4、探討解決模塊化多電平換流器子模塊直流側(cè)電容電壓的均衡問題，提出一種較為簡單有效的控制方法。 5、提出基于模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)的輕型高壓直流輸電控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，并重點講述子模塊的數(shù)字邏輯電路的實現(xiàn)方法。
上傳時間： 2013-04-24
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矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)是國內(nèi)當(dāng)前電氣傳動和自動化領(lǐng)域研究的熱點和技術(shù)攻堅的難點。矢量控制技術(shù)作為一種先進的控制策略，是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)變換理論的基礎(chǔ)上發(fā)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(shù)學(xué)模型通過坐標(biāo)變換，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉(zhuǎn)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(fā)出了一套基于轉(zhuǎn)子磁鏈位置估計和轉(zhuǎn)子速度估計的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的轉(zhuǎn)子磁場定向直接矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)，并實現(xiàn)了實際運行，初步達到了產(chǎn)品化的目標(biāo)。主要的工作如下： (1)從電機數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)系變換入手，采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的轉(zhuǎn)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(diào)速系統(tǒng)的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設(shè)計了調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路，包括控制電路，驅(qū)動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設(shè)計了基于轉(zhuǎn)子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的轉(zhuǎn)子磁場定向直接矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件部分，給出了調(diào)速系統(tǒng)的軟件流程圖和各子模塊的具體實現(xiàn)； (4)采用先進的自適應(yīng)Fuzzy-PI調(diào)節(jié)器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI調(diào)節(jié)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(diào)速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結(jié)果和結(jié)論。 該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于矢量變頻器成品生產(chǎn)中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產(chǎn)車間進行了相應(yīng)的實驗。實驗表明，該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能，運行穩(wěn)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(diào)速系統(tǒng)。
標(biāo)簽： 異步電動機 變頻調(diào)速系統(tǒng) 矢量控制
上傳時間： 2013-05-25
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