無刷直流電機是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和高性能永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機電一體化電機。隨著無刷直流電機在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，無位置傳感器控制方法的優(yōu)勢越來越明顯，特別是“反電勢法”無刷直流電機控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實用的無位置傳感器控制方法。 論文在介紹常用的無位置傳感器無刷直流電機控制方法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了“反電勢法”無刷直流電機控制原理。深入研究了兩種反電勢過零檢測方法，采用“直接反電勢法”設(shè)計了反電勢過零檢測電路。該方法不需要引出電機中性點，通過選擇PWM和導(dǎo)通控制策略，就能直接從電機端電壓獲得反電勢過零點信號。它避免了開關(guān)高頻調(diào)制產(chǎn)生的干擾，不需要對端電壓進(jìn)行濾波。建立了基于PSPICE軟件的仿真模型并對其進(jìn)行了仿真驗證。以按摩椅用無刷直流電機為樣機，設(shè)計了“直接反電勢法”無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細(xì)介紹了電路各個組成部分，同時給出了控制系統(tǒng)中所采用的軟硬件抗干擾措施。 論文介紹了“直接反電勢法”無刷直流電機控制常用的起動方法，深入討論了“三段式”起動技術(shù)，對“三段式”起動技術(shù)中轉(zhuǎn)子預(yù)定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并圍繞“三段式”起動技術(shù)詳細(xì)介紹了“直接反電勢法”控制軟件設(shè)計流程。 最后，通過實驗驗證了這種方法的可行性和正確性。
標(biāo)簽： 電勢 無刷直流電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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繼電保護裝置是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要裝置之一，近幾年來，隨著變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展及其在全國變電站的推廣，研究和開發(fā)集保護、測量、控制和通訊于一體的微機測控保護裝置已成為各國電力部門的普遍要求。 本文首先對研究丌發(fā)的35kV線路微機測控保護裝置的軟硬件做了簡述，介紹了本裝置所采用的保護算法，并給出了保護的流程圖和邏輯框圖。隨后介紹了我國變電站自動化通信系統(tǒng)中正在應(yīng)用的幾種常用電力遠(yuǎn)動規(guī)約，詳細(xì)介紹了目前使用比較廣泛的繼電保護通信規(guī)約IEC 60870-5-103，對規(guī)約的應(yīng)用層功能、鏈路傳輸規(guī)則、103規(guī)約三層參考模型及通訊幀格式進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了103規(guī)約在35kV線路微機測控保護裝置上的實現(xiàn)，上位機軟件基于Visual C++6.0編程，采用SQLServer作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件。 最后，本文對裝置進(jìn)行了專業(yè)測試，測試結(jié)果表明，本裝置能實現(xiàn)基本的保護功能以及實現(xiàn)遙控、遙信、遙測等通信功能，與傳統(tǒng)微機保護裝置相對比本裝置具有測量精度高、動作迅速可靠、可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通信等優(yōu)點。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高以及新的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)IEC61850的正式頒布，研究新型數(shù)字保護裝置已經(jīng)變的刻不容緩。本論文圍繞設(shè)計和研制一套能符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)下變電站應(yīng)用的新型數(shù)字保護裝置這一課題，主要研究以太網(wǎng)通信在數(shù)字保護中應(yīng)用的可行性并參與設(shè)計基于雙網(wǎng)冗余的高速以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺，在基于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺上移植嵌入式操作系統(tǒng)Vxworks，討論基于VxWorks的微機保護任務(wù)的劃分并詳細(xì)介紹了實現(xiàn)饋線保護的功能和試驗測試結(jié)果。 論文開始概述了目前國內(nèi)外數(shù)字繼電保護產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并簡單分析了變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)IEC61850，對未來保護裝置發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，明確了微機繼電保護裝置網(wǎng)絡(luò)化、平臺化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展方向。本課題組研制的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護裝置則充分的考慮了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)分層的意義和未來變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，其研究對變電站改造和建設(shè)符合lEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)有重要意義。 論文首先分析數(shù)字式繼電保護裝置硬件平臺的發(fā)展過程，介紹了基于以太網(wǎng)通信技術(shù)的通用網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護硬件平臺設(shè)計構(gòu)想，并說明了全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺的優(yōu)點。全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺采用模件化設(shè)計，整個裝置具體功能模件包括交流變換模件、數(shù)據(jù)采集模件、數(shù)據(jù)計算和邏輯處理模件、開入開出模件、以太網(wǎng)Hub模件、電源模件以及人機接口模件。 其次，概述以太網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)特點，并分析以太網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)的可行性。根據(jù)提高以太網(wǎng)通信實時性的研究現(xiàn)狀，介紹雙網(wǎng)冗余高速以太網(wǎng)通信方案的實現(xiàn)，特別詳細(xì)闡述了基于以太網(wǎng)控制芯片LAN91Clll的以太網(wǎng)通信接口的設(shè)計，給出LAN91C111的初始化、以太網(wǎng)通信發(fā)送模塊以及以太網(wǎng)通信中斷接受模塊的流程。 再次，分析了在繼電保護產(chǎn)品軟件系統(tǒng)中應(yīng)用前后臺系統(tǒng)和嵌入式實時操作系統(tǒng)的區(qū)別，闡明在繼電保護硬件平臺上應(yīng)用嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks的優(yōu)勢。并重點闡述在嵌入式處理器AT91RM9200上移植VxWorks實時操作系統(tǒng)的過程。 論文分析了數(shù)字繼電保護軟件任務(wù)劃分的基本原則，合理劃分?jǐn)?shù)字保護的任務(wù)和任務(wù)優(yōu)先級，并通過調(diào)試工具WindView驗證任務(wù)調(diào)度的正確性。詳細(xì)的介紹網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺上實現(xiàn)饋線保護的具體功能和保護邏輯，最后通過試驗測試，證明裝置各項性能優(yōu)越。 最后，對本論文所開展的工作作了總結(jié)，并對進(jìn)一步研究的方向進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： 嵌入式 實時操作系統(tǒng) 保護裝置
上傳時間： 2013-04-24
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矢量控制作為一種先進(jìn)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(jìn)性、新穎性和實用性的特點。它是以交流電動機的雙軸理論為依據(jù)，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：一個分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希Q為勵磁電流分量；另一個分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶看怪保Q為轉(zhuǎn)矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的大小，實現(xiàn)像直流電動機那樣對磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。 分析了脈寬調(diào)制和矢量控制的原理與實現(xiàn)方法，從而建立了異步電動機的數(shù)學(xué)模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導(dǎo)了三相坐標(biāo)系、兩相靜止與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機基本方程和矢量控制基本公式。同時在進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制圖，并結(jié)合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實現(xiàn)方法，根據(jù)矢量控制的基本原理，設(shè)計了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統(tǒng)。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數(shù)據(jù)的交換，并能在一方失控時另一方立即產(chǎn)生SVPWM波形。同時完成無線遙控、速度給定、數(shù)據(jù)顯示以及電流、速度檢測和保護等功能，也對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護電路、電流和轉(zhuǎn)速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)軟件流程圖，并用C語言進(jìn)行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進(jìn)行了編程，并給出了相關(guān)的仿真波形。MATLAB仿真結(jié)果表明，本文研究的調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制算法是成功的，并實現(xiàn)了對電機的高性能控制。
上傳時間： 2013-07-09
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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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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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永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、過載能力強、控制性能優(yōu)良等優(yōu)點，在中小容量調(diào)速系統(tǒng)和高精度調(diào)速場合發(fā)展迅速。但由于永磁同步電機的磁場具有獨特的交叉耦合和交叉飽和現(xiàn)象，且其控制系統(tǒng)是一個強非線性、時變和多變量系統(tǒng)，要實現(xiàn)高精度調(diào)速就需對其控制策略進(jìn)行深入研究。 永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)中，位置傳感器的存在使得系統(tǒng)成本增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性降低，所以永磁同步電機的無位置傳感器控制成為一個新的研究熱點。本文擬借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的逼近能力，實現(xiàn)永磁同步電機的無位置傳感器控制。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Network)可以逼近任意復(fù)雜非線性映射，具有很強的自學(xué)習(xí)自適應(yīng)能力，十分適合于解決復(fù)雜的非線性控制問題。其中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前廣泛應(yīng)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之一，得到了較為深入的研究，其結(jié)構(gòu)簡單，需要離線確定的參數(shù)少、泛化能力強、逼近精度高、實時性強，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)永磁同步電機的調(diào)速控制具有重要意義。 文中提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機自適應(yīng)調(diào)速控制策略，建立了一種包含辨識網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的雙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。辨識網(wǎng)絡(luò)在線動態(tài)辨識系統(tǒng)輸出并對控制網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，控制網(wǎng)絡(luò)與PI控制方法相結(jié)合實現(xiàn)永磁同步電機自適應(yīng)轉(zhuǎn)速控制。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快、實時性較強、精度較高。 文中提出了一種基于混合訓(xùn)練算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)永磁同步電機無位置傳感器控制方法。采用混沌優(yōu)化和梯度下降法相結(jié)合的混合算法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練后，將其用于永磁同步電機的轉(zhuǎn)子位置角在線估計。結(jié)果表明，該訓(xùn)練算法可以有效地加快神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度，且估計的轉(zhuǎn)子位置角誤差較小、精度較高。 文中建立了以TMS320F2812芯片為核心的永磁同步電機調(diào)速控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計，為實現(xiàn)永磁同步電機的各種控制策略奠定了實驗基礎(chǔ)。DSP控制系統(tǒng)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練提供樣本，為研究永磁同步電機的自適應(yīng)調(diào)速控制和轉(zhuǎn)子位置角估計創(chuàng)造了條件。
標(biāo)簽： BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 永磁同步電機 自適應(yīng)控制
上傳時間： 2013-07-03
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近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車面臨前所未有的挑戰(zhàn)，燃料電池電動汽車已成為汽車工業(yè)新的熱點。由于燃料電池輸出特性的特殊性，輸出端必須連接DC/DC變換器，使之與驅(qū)動器配合。因此，DC/DC變換器是燃料電池電動汽車的關(guān)鍵零部件之一。 本論文主要對燃料電池電動轎車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)用DC/DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計及電磁兼容(EMC)問題進(jìn)行了研究。重點針對升降壓和雙向DC/DC變換器進(jìn)行分析研究。 首先介紹分析了幾種傳統(tǒng)升降壓直流變換器的工作原理和優(yōu)缺點。針對燃料電池的特性和電動汽車對升降壓DC/DC變換器的性能指標(biāo)要求，分析比較了非隔離式直流變換器的一些優(yōu)點和缺點，提出了Buck-Boost級聯(lián)的升降壓主電路方案并提出相關(guān)的控制策略。然后運用模擬仿真軟件MATLAB仿真分析了控制策略的正確性。 其次分析研究了雙向DC/DC變換器的應(yīng)用與設(shè)計，綜合比較現(xiàn)有的各種隔離與非隔離方案，結(jié)合車用要求，選擇了非隔離式的Buck-Boost拓?fù)洹ａ槍ζ涔ぷ髟怼⑻攸c進(jìn)行了雙向DC/DC變換器主電路與控制電路的設(shè)計研究，重點研究其過渡過程的控制策略。在利用MATLAB進(jìn)行各種過渡過程的仿真分析的基礎(chǔ)上，選取了最佳的過渡控制方案。并利用該控制策略編制DSP控制程序，制作了小功率1kW數(shù)字控制雙向DC/DC變換器。 最后深入討論了DC/DC變換器中的電磁兼容問題。分析了DC/DC變換器主電路中存在的主要干擾源、干擾產(chǎn)生的機理以及干擾傳播途徑，然后以此出發(fā)，重點討論了各種抑制電磁騷擾(EMI)和電磁抗干擾(EMS)的方法及措施，給出具體方案。
上傳時間： 2013-05-24
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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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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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電子式互感器與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，在帶寬、絕緣和成本等方面具有優(yōu)勢，因而代表了高電壓等級電力系統(tǒng)中電流和電壓測量的一種極具吸引力的發(fā)展方向。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和電力市場中競爭機制的形成，電子式互感器成為人們研究的熱點；越來越多的新技術(shù)被引入到電子式互感器設(shè)計中，以提高其工作可靠性，降低運行總成本，減小對生態(tài)環(huán)境的壓力。本文圍繞電子式互感器實用化中的關(guān)鍵技術(shù)而展開理論與實驗研究，具體包括新型傳感器、雙傳感器的數(shù)據(jù)融合算法、數(shù)字接口、組合式電源、低功耗技術(shù)和自監(jiān)測功能的實現(xiàn)等。 目前電子式電流互感器(ECT)大多數(shù)采用單傳感器開環(huán)結(jié)構(gòu)，對每個環(huán)節(jié)的精度和可靠性的要求都很高，嚴(yán)重制約了ECT整體性能的提高，影響其實用化。本文介紹了新型傳感器～鐵心線圈式低功率電流傳感器(LPET)和印刷電路板(PCB)空心線圈及其數(shù)字積分器，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于LPCT和PCB空心線圈的組合結(jié)構(gòu)的新型電流傳感器。該結(jié)構(gòu)具有并聯(lián)的特點，結(jié)合了這兩種互感器的優(yōu)點，采用數(shù)據(jù)融合算法來處理兩路信號，實現(xiàn)高精度測量和提高系統(tǒng)可靠性，并探索出辨別LPET飽和的新方法。試驗和仿真結(jié)果表明，這種新型電流傳感器可以覆蓋較大的電流測量范圍，達(dá)到IEC 60044-8標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于測量(幅值誤差)、保護(復(fù)合誤差)和暫態(tài)響應(yīng)(峰值)的準(zhǔn)確度要求，能夠作為多用途電流傳感器使用。 在電子式電壓互感器方面，基于精密電阻分壓器的新型傳感器在原理、結(jié)構(gòu)和輸出信號等方面與傳統(tǒng)的電壓互感器有很大不同，本文設(shè)計了一種可替代10kV電磁式電壓互感器的精密電阻分壓器。通過試驗研究與計算分析，得出其性能主要受電阻特性和雜散電容的影響，并給出了減小其誤差的方法。測試結(jié)果表明，設(shè)計的10kV精密電阻分壓器的準(zhǔn)確度滿足IEC 60044-7標(biāo)準(zhǔn)要求，可達(dá)0.2級。 電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)之一是內(nèi)部的數(shù)字化以及其標(biāo)準(zhǔn)化接口，本文以10kV組合型電子式互感器為對象設(shè)計了一種實用化的數(shù)字系統(tǒng)。以精密電阻分壓器作為電壓傳感器，電流傳感器則采用基于數(shù)據(jù)融合算法的LPCT和PCB空心線圈的組合結(jié)構(gòu)。本文首先解決了互感器間的同步與傳感器間的內(nèi)部同步問題，進(jìn)而依照IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了組合型電子式互感器的100M以太網(wǎng)接口。 電子式電流互感器在高電壓等級的應(yīng)用研究中，ECT高壓側(cè)的電源問題是關(guān)鍵技術(shù)之一。論文首先分析了兩種電源方案：取電CT電源和激光電源。取電CT電源通過一個特制的電流互感器(取電CT)，直接從高壓側(cè)母線電流中獲取電能。在取電CT和整流橋之間設(shè)計一個串聯(lián)電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應(yīng)電壓并限制了取電CT的輸出電流，起到了穩(wěn)定電壓和保護后續(xù)電路的作用。激光電源方案以先進(jìn)的光電轉(zhuǎn)換器、半導(dǎo)體激光二極管和光纖為基礎(chǔ)，單獨一根上行光纖同時完成供能和控制信號的傳輸，在不影響光供能穩(wěn)定性的情況下，數(shù)據(jù)通信完成在短暫的供能間隔中。在高電位端控制信號通過在能量變換電路中增加一個比較器電路被提取出來。本文還提出了一種將兩種供能方式結(jié)合使用的組合電源，并設(shè)計了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區(qū)問題，延長了激光器的使用壽命。作為綜合應(yīng)用實例，設(shè)計并完成了以LPCT為傳感器、由組合電源供能、采用低功耗技術(shù)的高壓電子式電流互感器。互感器高壓側(cè)的一次轉(zhuǎn)換器能夠提供兩路傳感器數(shù)據(jù)通道，并且具有溫度補償和采集通道的自校正功能，在更寬溫度、更大電流范圍內(nèi)保證了極高的測量精度：互感器低電位端的二次轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字和模擬接口，可以接收數(shù)據(jù)并發(fā)送命令來控制一次轉(zhuǎn)換器，包括同步和校正命令在內(nèi)的數(shù)據(jù)信號可以通過同一根供能光纖傳送到一次轉(zhuǎn)換器。該互感器具有在線監(jiān)測功能，這種預(yù)防性維護和自檢測功能夠提示維護或提出警告，提高了可靠性。系統(tǒng)測試表明：具有低功耗光纖發(fā)射驅(qū)動電路的一次轉(zhuǎn)換器平均功耗在40mw以下：上行光纖中通信波特率可以達(dá)到200kb/s，下行光纖中更是高達(dá)2Mb/s；系統(tǒng)準(zhǔn)確度同時滿足IEC6044-8標(biāo)準(zhǔn)對0.2S級測量和5TPE級保護電子式互感器的要求。
標(biāo)簽： 電子式互感器 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時間： 2013-06-09
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電力系統(tǒng)頻率性能是電力系統(tǒng)主要評價指標(biāo)之一，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定對用戶端和發(fā)電端設(shè)備具有重要意義。正常運行時電力系統(tǒng)的頻率應(yīng)保持在.50±0.2Hz范圍內(nèi)，電網(wǎng)頻率若超出該范圍將對用戶端和發(fā)電端設(shè)備產(chǎn)生不利影響，例如使異步電動機超過或低于額定轉(zhuǎn)速，從而對設(shè)備或產(chǎn)品造成不利影響。 先前，由于采用相對落后的A標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)絡(luò)線控制模式，為了遵守A標(biāo)準(zhǔn)而避免功率反調(diào)和控制無意交換電量避免被罰款，各控制區(qū)域?qū)Ρ緟^(qū)域內(nèi)發(fā)電廠的一次調(diào)節(jié)性能不很關(guān)注，也沒有相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)定，甚至出于自身利益的考慮允許發(fā)電廠將其一次調(diào)節(jié)功能予以閉鎖。 CPS標(biāo)準(zhǔn)的實施，聯(lián)絡(luò)線控制模式采用先進(jìn)的TBC模式，一次調(diào)節(jié)性能成為影響各控制區(qū)域評價指標(biāo)好壞的因素之一。各控制區(qū)域?qū)Ρ緟^(qū)域內(nèi)電廠一次調(diào)節(jié)能力開始關(guān)注，其調(diào)節(jié)性能的評價研究成為熱點。 前期工作提出了一種新的評價指標(biāo)。該指標(biāo)依據(jù)電網(wǎng)頻率和電廠功率這兩個隨機變量之間的相關(guān)系數(shù)來定量分析調(diào)節(jié)是否對頻率的恢復(fù)有利。這個新的考核指標(biāo)有如下的特點：第一，這是一種基于概率的用長期的實時數(shù)據(jù)累計反映機組一次調(diào)頻能力的指標(biāo)；第二，它能正確反映發(fā)電機組的一次調(diào)頻投切狀態(tài)及調(diào)節(jié)能力。 通過matlab仿真表明，前期工作所提出的新指標(biāo)對發(fā)電機組的各項指標(biāo)是有效的，然而前期工作所提出的新指標(biāo)尚有數(shù)個問題需要解決。本文著重解決其中的均值時間長度問題和機組一次功率的獲取問題。其中關(guān)于機組一次功率的獲取由于機組在執(zhí)行二次調(diào)節(jié)時是一二次聯(lián)合動作的，而且最終的動作執(zhí)行者同為汽輪機的進(jìn)氣閥門(火電機組的情況)，故一直是一個較難解決的問題。本文主要從機組二次調(diào)解的目標(biāo)曲線出發(fā)，并做出適當(dāng)調(diào)整，得到所需的一次功率。在指標(biāo)的均值時間長度方面主要是針對功率和頻率采樣時間、頻率的傳輸延時和SCADA系統(tǒng)的壞數(shù)據(jù)這三方面的影響，綜合設(shè)定一個較為合理的時間長度。
上傳時間： 2013-07-03
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