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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永磁同步電動機交流伺服系統作為交流伺服系統的主流，在工業生產自動化領域中應用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動機作為伺服系統的執行機構，其性能的優劣在很大程度上決定了整個伺服系統的性能。因此，精心設計性能優異的永磁同步伺服電動機具有重要的理論意義和應用價值。本課題系統研究了永磁同步伺服電動機的本體設計，包括設計方法、性能計算、有限元分析、參數計算、控制仿真、實驗測試等。 首先，綜述和分析了永磁同步伺服電動機的研究現狀、存在問題和發展前景，研究了永磁同步伺服電動機的設計特點和方法。開發了永磁同步伺服電動機的電磁計算程序，結合有限元計算數值的校正，完成對樣機的性能計算，計算結果較為準確。 接著，深入分析永磁同步伺服電動機的氣隙磁場，得到充磁方式、極弧系數、不均勻氣隙、永磁體厚度等因素對氣隙磁場的影響，繪制了各因素對氣隙磁場基波和諧波總量影響的曲線，通過優化設計，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場。并拓展研究總結了不同永磁體形狀和尺寸對永磁直流電動機在換向和性能上的影響，取得有實用價值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet電磁分析軟件建立了永磁同步伺服電動機的有限元分析模型，深入研究了電機的反電勢波形、穩態運行性能和齒槽轉矩，計算了直、交軸同步電抗等重要參數。建立了永磁同步伺服電動機Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并進行了仿真研究。 最后，對永磁同步伺服電動機進行了實驗測試和分析，包括反電勢波形與磁場波形測試、性能曲線測試、直交軸同步電抗的測量。對測試結果與設計結果進行了比較分析，驗證了設計方法的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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永磁同步發電機由于一系列高效節能的優點，在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發電機的基本原理，包括永磁同步發電機的結構形式和永磁同步發電機的運行性能，采用傳統解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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電機是現代工業生產和日常生活最主要的原動力和驅動裝置。電機一旦發生故障，會造成不同程度的經濟損失和社會影響。因此研究不同場合、不同運行狀態下電機故障診斷理論和相關技術具有很高的實用價值。 電機出現故障時，故障信號中往往含有大量的時變、短時突發性質的成分。因此可以通過檢測、分析故障信號，獲得電機的故障信息。傳統的信號分析方法，如傅立葉變換，是一種純頻域分析，缺乏空間局部性，不能滿足故障信號分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的時頻局部性，能夠將信號在任意頻段進行劃分，從而使在不同頻段的各種故障特征信號更加容易被識別和提取。基于小波包分析處理非平穩信號的優越性，本文選用小波包分析對電機故障信號進行分析檢測。 本文在研究了異步電機常見故障類型和診斷方法的基礎上，詳細分析了電機滾動軸承異常、轉子斷條、氣隙偏心等故障原因，采用基于信號分析法中的振動診斷法和定子電流檢測法，對電機滾動軸承故障、轉子斷條故障進行診斷。對于存在已知軸承故障的電機，在故障狀態下采集到振動信號，利用峭度值計算和小波包分析相結合的方法，選用db3作為小波基，進行小波包分析，對包含有故障特征頻率信息的信號進行重構，獲得軸承故障特征頻率，根據故障特征頻率的數值和能量，確定出軸承故障的類型。應用小波包分析和FFT相結合的方法，選用Coif5為小波包基，檢測轉子斷條故障特征頻率。在此基礎上，采集故障電機的振動信號和電流信號，并分別應用上述方法進行了仿真模擬實驗，結果表明這些方法是準確可行的。 論文以DSP為核心，完成了電機故障診斷系統的硬件電路的設計，包括信號檢測電路、調理電路，A/D轉換電路等，并給出了主要的軟件流程圖。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著集成電路技術和電源管理技術的發展，低壓差線性穩壓器（LDO）受到了普遍的關注，被廣泛應用于便攜式電子產品如PDA、MP3播放器、數碼相機、無線電話與通信設備、醫療設備和測試儀器等中，但國內研究起步晚，市場大部分被國外產品占有，因此，開展本課題的研究具有特別重要的意義。 首先，簡單闡述了課題研究的背景及意義，分析了低壓差線性穩壓器（LDO）研究的現狀和發展趨勢，并提出了設計的預期技術指標。 其次，詳細分析了LDO線性穩壓器的理論基礎，包括其結構、各功能模塊的作用、系統工作原理、性能指標定義及設計時對性能指標之間相互矛盾的折衷考慮。 再次，設計了基于自偏置電流源的帶隙基準電壓源，選取PMOS管作為系統的調整元件并計算出了其尺寸，設計了基于CMOS工藝的兩級誤差運算放大器。利用HSPICE工具仿真了基準電壓源和誤差運算放大器的相關性能參數。 然后，重點分析了穩壓器的穩定性特征，指出系統存在的潛在不穩定性，詳細論述了穩定性補償的必要性，比較了業界使用過的幾種穩定性補償方法的不足之處，提出了一種基于電容反饋VCCS的補償方法，對系統進行了穩定性的補償； 最后，將所設計的模塊進行聯合，設計了一款基于CMOS工藝的LDO線性穩壓器電路，利用HSPICE工具驗證了其壓差電壓、靜態電流、線性調整率等性能指標，仿真結果驗證了理論分析的正確性、設計方法的可行性。
上傳時間： 2013-07-08
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20世紀90年代以來，為了緩解能源和環境對人類生活和社會發展的壓力，世界各國都投入了大量資金開發電動汽車。在日本、美國、法國等汽車強國已經開發出一些商品化的電動汽車。我國在“十五”期間，國家電動汽車重大科技專項確立以燃料電池汽車、混合電動汽車、純電動汽車以及相關的多能源動力總成控制、驅動電機、動力蓄電池及燃料電池等關鍵零部件研發。 與其它驅動電機相比，永磁同步電動機具有高效率、高功率密度和良好的控制特性，受到人們的普遍關注，越來越多地應用于電動汽車的驅動裝置中。本文課題以印度REVA公司小型純電動汽車驅動用永磁同步電動機及其控制器為研究對象，對永磁同步電動機本體及控制器硬件進行了比較深入的研究，設計并制作了永磁同步電動機試驗樣機以及基于TMS320LF2407A DSP的永磁同步電動機控制器，在此基礎上展開了初步試驗研究。 本文首先比較了當前常用電動汽車驅動電機的特點，并綜述了電力電子和計算機控制技術在汽車驅動中的應用；然后分析永磁同步電機氣隙磁場對電機性能的影響，針對電動汽車驅動電機的特點，提出了T形轉子永磁同步電動機，不僅使永磁同步電動機的氣隙磁場接近正弦同時解決了高速運行時磁鋼的固定問題；同時，制作了基于TMS320LF2407A DSP和IPM模塊的永磁同步電動機矢量控制器，并對控制器進行了驅動無刷直流電動機的負載實驗和永磁同步電機的空載實驗；最后，分析永磁同步電機矢量控制的數學模型，并建立了永磁同步電機的SVPWM驅動的仿真模型，進行了id=0的矢量控制系統仿真，研究了永磁同步電機參數對系統動態響應的影響。
上傳時間： 2013-07-23
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Sigma-Delta A/D轉換器利用過采樣，噪聲整形和數字濾波技術，有效衰減了輸出信號帶內的量化噪聲，提高了信噪比。與傳統的Nyquist轉換器相比，它降低了對模擬電路性能指標和元件精度的要求，簡化了模擬電路的設計，降低了生產成本。 本論文在對Sigma-Delta A/D轉換器原理研究的基礎上，基于TSMC0．18um工藝，采用1．8V工作電源，128倍的過采樣率，6．4MHz的采樣頻率，設計了一個主要應用于音頻信號處理的Sigma-Delta A/D轉換器，分辨率達到16位。在調制器的設計中，本文采用了多級噪聲整形MASH（2-1）級聯調制器結構，同時，考慮了各種非理想因素對系統性能的影響，在SDtoolbox工具的幫助下使用Simulink進行調制器系統設計。并使用Cadence Spectre對模塊電路進行設計仿真，包括運放，比較器，帶隙基準電壓源，CMOS開關，非交疊時鐘產生電路等。在數字抽取濾波器的設計中，采用了分級抽取技術，使用MATLAB軟件中的SPTool和FDATool工具對各級抽取濾波器進行優化設計。并在原有的濾波器算法的基礎上，采用了CIC濾波器和半帶濾波器，設計出了運算量和存儲量都相對少的三級抽取濾波器系統，大大降低了功耗和面積。 論文的仿真結果表明，所設計的Sigma-Delta A/D轉換器信噪比達到102．3dB，滿足系統需要的16位精度要求。 關鍵詞：Sigma-Ddta； 信噪比； 多級噪聲整形； 數字抽取濾波器
標簽： SigmaDelta 音頻 模數轉換器
上傳時間： 2013-06-27
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本論文針對6kV/400kW三相異步電動機的中壓變頻器試驗裝置，從分析目前中壓變頻器常用的主回路拓撲入手，詳細闡述并分析了本文研究的單元串聯型中壓變頻器控制系統。 本文首先從理論上分析了多單元串聯型中壓變頻器脈寬控制原理。然后，把一種高性能的V/f控制方案引入中壓變頻器控制系統。通過矢量補償定子壓降，進行轉差補償和對電機電流進行限制控制，實現了具有很好的低頻性能并具有防“跳閘”等功能的V/f控制方案。 同時，本文將Siemens公司通用變頻器的時隙、連接紙的概念運用到中壓變頻器控制領域。增加了系統的可變性，自由性和方便性。設計了具有系統組態功能的模塊化軟件，其中著重對控制軟件中的幾個重要功能進行了分析討論。這些重要功能模塊有：控制字和狀態字、順序控制、V/f曲線、給定積分器、基于電壓補償的輸出自動穩壓算法、通訊功能等。 中壓變頻器在實驗室設計為6kV/22kW試驗系統，實際設計為6kV/400kW的變頻系統裝置。本文給出了實驗室調試結果及分析。實驗結果表明，該中壓變頻器能夠安全、穩定地運行。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著TD—SCDMA技術的不斷發展，TD—SCDMA系統產品也逐步成熟并隨之完善。產品家族日益豐富，室內型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站產品逐步問世，可以滿足不同場景的建網需求。而分布式基站(BBU+RRU)越來越多地受到業界的關注和重視。 本文主要從TD—SCDMA頻點拉遠系統(RRU)和軟件無線電技術的發展入手，重點研究TD—SCDMA頻點拉遠系統的FPGA設計與實現。TD—SCDMA通信系統通過靈活分配不同的上下行時隙，實現業務的不對稱性，但是多路數字中頻所構成的系統成本高和控制的復雜性，以及TDD雙工模式下，系統的峰均比隨時隙數增加而增加，對整個頻點拉遠系統的前端放大器線性輸入提出了很高的要求。TD—SCDMA系統使用軟件無線電平臺，一方面軟件算法可以有效保證時隙分配的準確性，保證對前端控制器的開關控制，以及對上下行功率讀取計算和子幀的靈活提取，另一方面靈活的DUC/CFR算法可以有效的提高頻帶利用率和抗干擾能力，有效的控制TDD系統的峰均比，有效降低系統對前端放大器線性輸出能力的要求。 本文主要研究軟件無線電中DUC和CFR的關鍵技術以及FPGA實現，DUC主要由3倍FIR內插成型濾波器、2倍插值補償濾波器以及5級CIC濾波器級聯組成；而CFR主要采用類似基帶削峰的加窗濾波的中頻削峰算法，可以降低相鄰信道的溢出，更有效的降低CF值。將DUC/CFR以單片FPGA實現，能很好提高RRU性能，減少其硬件結構，降低成本，降低功耗，增加外部環境的穩定性。
上傳時間： 2013-07-20
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高溫超導（High Temperature Superconductor,HTS）磁陰電動機與傳統磁陰電動機相比，能夠以更小的體積和重量實現更大的輸出功率、更高的功率因數和效率.國外有關超導磁阻電動機的研究目前還處于初級階段，國內在這一領域更為滯后.論文以普通磁阻電動機的電磁關系為基礎，結合超導材料特殊的電磁特性，初步提出了超導磁阻電動機電磁設計的一般原則;并嘗試進行了一臺額定功率為150W的內反應式HTS磁阻電動機的電磁設計.論文以實際設計的一臺內反應式HTS磁阻電動機樣機作為分析實例，基于第二類超導體臨界態Kim模型和電磁場的有限元方法，提出了一般HTS磁阻電動機的內部磁場及交、直軸同步電抗的分析與計算方法.并在此基礎上進一步研究了如何借助HTS磁阻電動機的電抗曲線分析HTS磁阻電動機的穩態工作特性.論文對常規磁阻電動機與HTS磁阻電動機進行了比較.計算結果表明，在電機尺寸、結構不變的前提下，超導磁阻電動機比常規磁阻電動機明顯地提高了電機X/X值，因而以更小的尺寸獲得了更大的輸出轉矩、更高的效率和功率因數，同時電機的穩定運行區間也有所增大.計算結果還表明，采用抗磁性更強的YBCO塊材作為交軸阻磁介質，能夠保證轉子在獲得較大的直、交軸磁阻差異的同時不必犧牲較大的極孤系數和氣隙寬度，從而氣隙磁密有較好的波形，電機具有較好的同步性能.論文也對幾種具有相同定子但轉子結構不同的HTS磁阻電動機做了比較，比較結果顯示，ALA式HTS磁阻電動機比內反應式HTS磁阻電動機具有更大的輸出轉矩;當輸出功率較大時，ALA結構的HTS磁阻電動機還比內反應結構具有更好的穩態工作特性.另外發現，thin-zebra ALA式HTS磁阻電動機的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻電動機更好.在進行內反應式HTS磁阻電動機的設計時，內反應槽既要盡量阻隔交軸磁通，又要分布的比較均勻，這樣才能既獲得足夠的直、交軸同步電抗比，又削弱轉矩脈動，從而最終改善電機的同步性能.
上傳時間： 2013-04-24
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