水位計廣泛應用于水利、石油、化工、冶金、電力等領域的自動檢測和控制系統中.本文設計的智能水位計是吸收了國內外最新智能化儀表的設計經驗,采用工業控制單片機,集水位采集、存儲、顯示及遠程聯網于一體,適用于各種液位及閘門開度的測量.它具有高精度、高可靠性、多功能和智能化等特點.針對研制任務的要求,課題期間研制了下位機系統硬件和軟件,開發了上位機監控軟件,其中所作的具體工作包括:測量原理的研究和在系統中的實現,在本次設計中用三種方法來進行水位測量,分別是旋轉編碼器法、液位壓力傳感器法和可變電阻器法;主控芯片的選擇,我們選用了高集成度的混合信號系統級芯片C8051F021;實現了信號的采集和處理,包括信號的轉換和在單片機內的運算;高集成度16位模數轉換芯片AD7705在系統中的應用,我們完成了它與單片機的接口設計及程序編制任務;精確時鐘芯片DS1302在系統中的應用,在此,我們實現了用單片機的I/O口與DS1302的連接和在軟件中對時序的模擬,該芯片的應用給整臺儀器提供了時間基準,方便了儀器的使用;另外,針對研制任務的要求,還給系統加上了一路4~20mA模擬信號電流環的輸出電路來提供系統監測,該部分的實現是通過采用AD421芯片來完成的,本設計中完成了AD421與單片機的SPI接口任務,協調了它與AD7705芯片和單片機共同構成的SPI總線系統的關系,并完成了程序設計;與上位機的通信接口設計,該部分通過兩種方法實現:RS232通信方式和RS485通信方式;系統設計方面還包括報警電路設計、操作鍵盤設計、電源監控電路設計、電壓基準電路的設計.在硬件設計的基礎上,對系統進行了軟件設計,軟件部分包括下位機單片機程序的設計和上位機監控軟件的設計.在軟硬件充分結合的情況下,實現了系統設計要求,很好地解決了以往的水位計中存在的問題,達到了高精度水位測量儀器的各項標準.
標簽： 水位計
上傳時間： 2013-06-20
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目前,在電壓互感器設計中,雖有人進行過可靠性設計利優化設計方面的研究,但采用的方法仍為傳統方法.本文采用現代設計方法,它將有限元分析、可靠性設計技術利優化設計技術有機的結合起來,因此采用現代設計方法得到的方案比利用傳統設計方法設計出的方案更加經濟合理.首先,本文簡單介紹了電壓互感器的原理,描述了電壓互感器的分類、基本參數和誤差分析.第二,本文研究了電磁場有限元分析原理,介紹了麥克斯韋方程和電磁場微分方程.本文采用大型通用有限元分析軟件ANSYS對電壓互感器進行二維電磁場有限元分析,對電壓互感器建立了有限元數學模型和網格剖分,對有限元模型加載了邊界條件并進行了求解.研究了二維磁場分析單元PLANE53單元利電路模擬單元CIRCU124單元的特點及使用方法.第三,對電壓互感器的瓷套部分進行了可靠性設計.瓷套所受的彎曲負荷應力很多,主要包括:風力負荷產生的彎曲應力,地震負荷產生的彎曲應力,產品運輸中傾斜產生的彎曲應力.本文研究了瓷套的應力分布的確定方法,將多種應力疊加在一起,推出了應力分布參數的計算公式.瓷套的應力、強度利各設計變量均可認為服從正態分布,在設計時作為正態分布變量處理.本文應用應力-強度干涉理論,對電壓互感器瓷套的可靠性設計方法進行了研究.第四,研究了ANSYS軟件的優化設計模塊,研究了采用ANSYS軟件進行優化設計的步驟和優化工具及方法.利用ANSYS軟件的參數化設計語言與其OPT模塊,實現了有限元數值計算與優化設計的有機結合.并以額定一次電壓35KV,額定二次電壓100V,額定頻率50HZ的電壓互感器為例,進行了有限元分析計算利優化設計.根據電壓互感器產品設計的實際情況,確定設計變量為繞組導線規格和鐵心結構尺寸.優化循環結束以后,可以選擇列出所有參數的數值,也可以只列出優化變量,可以用圖顯示指定的參數隨序列號的變化情況,通過多方案的比較,得到最優方案.將現代設計方法應用于生產廠家,可節省研究開支,大大縮短開發周期,減少計算誤差,減少試驗費用,降低成本,提高產品的可靠性,因此本項目的研究具有良好的經濟效益和社會效益.
上傳時間： 2013-06-10
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該文介紹了一種新型高壓發電機電力發生器,它無需升壓變壓器即可直接連接到電網,其定子采用多層同心式繞組,槽內導體為高壓電纜,高壓電纜的引入克服了傳統發電機輸出電壓不能高于36kV的限制;并簡要介紹了這種發電機的全新設計與應用前景;最后針對電力發生器不同于傳統發電機的結構,借助有限元分析軟件進行了端部的建模、端部磁場、端部漏抗與端部電磁力的求解.文中圍繞一模型樣機,首先介紹了三維渦流場計算與利用磁場儲能進行參數計算的理論基礎.之后進行了對定子端部區域的建模,由于電力發生器采用多層同心式繞組,其端部結構較為復雜,這對模型的建立、剖分都帶來了相當大的難度.為了達到簡化分析計算的目的,我們對所求解的實際模型進行了簡化處理,并闡述了簡化的理論根據.在此基礎上,詳細介紹了如何利用有限元分析軟件ANSYS進行具體分析計算,包括網格剖分、電流加載及邊界條件的處理.最后得出了端部磁場矢量分布圖,端部漏抗值及端部繞組的電磁力分布規律.該文采用了簡化模型的方法進行計算,為了驗證簡化的合理性,我們進行了實例計算驗證.結果表明,文中所采用的簡化方法是合理的.該文所進行端部磁場、端部漏抗及端部電磁力計算,為進一步分析其他工況下電力發生器端部電磁力及振動提供了參考.
上傳時間： 2013-06-26
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隨著電力電子器件、永磁材料、微機、新型控制理論和電機理論的發展，無刷直流電機的技術優勢逐漸凸顯，近年來在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣應用。大功率無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統效率、可靠性要求較高的場合，在國內，近年來也引起了廣泛興趣。本課題對大功率無刷直流電機進行預研，以兩臺無刷直流電機樣機為研究對象進行分析和電磁設計研究。首先計及電樞繞組電感，從分析換相過程入手，建立了三相星型六狀態工作模式下，電壓源型無刷直流電機的數學模型，并基于此模型，通過仿真和實驗，對該種無刷直流電機的電磁轉矩系數、反電勢系數、機械特性和電樞等效電阻等進行了深入研究，分析表明電樞繞組電感對上述各系數和特性存在較大影響，因此在大功率無刷直流電機設計和分析中，電樞繞組電感必須予以考慮。其次，本文對等效磁路法、電磁場有限元法和等效磁網絡法以及它們在無刷直流電機電磁設計中的應用進行了比較研究，提出了采用有限元法計算漏磁系數、計算極弧系數、電樞計算長度和氣隙系數，然后把它們應用到等效磁路法中進行空載特性計算，而采用電磁場有限元法分析負載特性的場路結合法。以此為基礎，編制了無刷直流電機電磁設計軟件，并將其應用于兩臺樣機的設計，通過與電磁場有限元法計算結果和實驗數據進行對比，驗證了該方法的準確性。最后對兩臺樣機的電樞反應及其影響進行了仿真和實驗研究，分析發現q軸電樞反應是影響切向磁化結構的無刷直流電機性能的主要因素，設計中需采取措施抑制q軸電樞反應的影響。
上傳時間： 2013-04-24
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艦船、飛機、移動通訊、石油鉆井平臺等獨立系統中有許多交直流電力并存的場合，需要實現發供電系統的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質。常規的電勵磁發電機因為帶有電刷使供電系統的運行安全存在隱患，并且勵磁機的使用增加了電機的體積和損耗。為使系統節能高效，本文設計并制作了應用于獨立交直流電力系統的交直流永磁同步發電機。永磁電機定子上帶有三套三相繞組，一套繞組用于提供交流電力，其余的兩套繞組相位互差30度電角度，接整流器為直流負載供電。文中對電機的設計以及電機的基本性能進行探討。為了減小永磁發電機的電壓調整率，在電機的交軸與電機的永磁磁極尾部之間加一軟磁材料，通過增加電機負載時的交軸電抗壓降，來改善電機的電壓調整率。 首先，針對永磁電機設計的特殊性，應用二維有限元法計算電機的電磁場以確定電機的主要尺寸，并討論了不同軟磁材料尺寸對電機的影響。文中還根據電磁場的計算結果，應用傅立葉級數計算了電機的空載感應電動勢以用于預測電機的性能，使用能量攝動法計算了計及飽和、槽影響下的電機電感參數。考慮到永磁材料的溫度性能問題，應用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩態時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發電機的主要電磁關系，研究了電機的數學模型，推導了考慮漏磁時具有三套互差一定電角度三相繞組的永磁發電機在dq0坐標系下的方程，可以看到，在dq0坐標系下電機的電感參數為常數。這樣，利用這個特性，在對電機運行性能進行研究時，可以得到簡化電磁方程。根據電機穩態運行時的方程，得到了電機的向量圖。 因為帶有多套繞組的永磁電機中含有較多的諧波，而采用dq0坐標系下的方程會忽略掉氣隙磁場中的諧波分量，為了對電機的仿真更加精確，電機仿真時采用電機在ABC坐標系下的基本電磁方程。應用Matlab/SimPowerSystems中的模塊搭建電機的仿真模型，永磁體的影響用感應電動勢來表示。根據仿真結果與樣機試驗結果的比較發現，兩者吻合良好。 另外，本文還設計了一臺電勵磁的交直流發電機，電磁設計結果表明，永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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以“混合式步進電動機驅動控制系統設計”和“電動座椅控制系統設計”作為實際應用背景，分析了兩種不同種類電動機的原理特性和控制方法，闡述了這兩個系統的開發過程，研究了單片機在這兩個系統中的應用，進一步挖掘了單片機在電機運動控制領域中的應用潛力。 文中分兩個部分分別對這兩個系統進行了介紹。在混合式步進電動機驅動控制系統部分，介紹了步進電動機的運行特性和控制方法，建立了仿真模型并對步進電動機各主要的運行特性進行了仿真研究，著重敘述了步進電動機多步距角控制、斬波恒流控制和升降頻控制等控制功能，以及上位機控制軟件的實現過程。電動座椅控制系統部分，首先闡述了無刷直流電動機的運行特性，建立了仿真模型并對先進PID控制方法在無刷直流電動機中的應用進行了仿真研究，著重闡述了位置記憶功能的實現過程。 實驗結果表明，系統硬件和軟件設計合理可行，圓滿的完成了既定的開發任務，實現了所有的預定功能，且運行性能良好。混合式步進電動機驅動控制系統可以通過上位機和控制面板分別控制，可以驅動不同種類的步進電動機且具備多種控制功能。電動座椅控制系統將無刷直流電動機應用到了電動座椅領域，且實現了電動座椅的智能化。這些也正是本文的創新之處。另外，結構化的硬件設計方法及模塊化的軟件設計法使得系統具有較好的通用性和可擴展性。
上傳時間： 2013-05-26
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稀土永磁無刷直流電動機采用高磁能積的稀土永磁材料，同時采用電子換向技術去掉了電刷，使得它具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、損耗小、效率高、運行特性優良等特點，從而廣泛應用于航空航天、精密儀器、工業控制等許多對電機運行性能要求較高的場合。因此，對稀土永磁無刷直流電機的研究具有重要的意義。本文對稀土永磁無刷直流電動機設計方法和分析方法進行了研究： 永磁電機設計計算中傳統的一般采用比較簡單的磁路法，用磁鋼工作圖計算靜態及動態的工作點，這顯然不能滿足精確性的要求。本文采用了場路結合的方法，首先利用磁路法對電機進行初步設計，然后建立有限元分析模型對電機的參數和性能進行精確分析，采用這樣的方法不但可以滿足精確性要求，同時可以縮短設計周期。 本文把有限元方法引入到了對電機性能影響較大的重要系數(如空載漏磁系數、電樞計算長度、計算極弧系數和氣隙系數等)及性能參數反電動勢、電磁轉矩、電感的計算中。以電機內磁場有限元分析為基礎的設計結果體現了較高的精確度；同時，由于在大功率、高轉速的永磁無刷直流電動機中，電流受漏感的影響從而改變了電機的性能，因此漏感的作用不容忽視。本文推導了稀土永磁無刷直流電動機漏電感計算的有限元方法，引入了電機等效電阻系數，并針對電磁轉矩脈動和齒槽轉矩脈動的產生的原因，給出了多種有效的抑制方法，使電機設計更為合理。最后介紹了電機測試平臺的搭建和具體的測試方法，以驗證用戶關心的電機性能參數在電機設計中的正確性。
上傳時間： 2013-06-09
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永磁無刷直流電動機是一種集電機和電子一體化的高新技術產品，它以其體積小、重量輕、慣量小、控制簡單和動態性能好等優良特性，被廣泛應用于工業、交通、消費電子、航空航天、軍事等領域，對永磁無刷直流電動機的研究具有十分重要的意義。 通常的永磁無刷直流電動機由永磁同步電動機、逆變器以及安裝在轉子軸上的位置傳感器構成。逆變器的驅動信號與轉子位置信號同步從而保證在任意的速度下定子繞組電流與轉子磁場同步。 本文系統研究了永磁無刷直流電動機本體及驅動控制系統，取得了有價值的研究成果。 1)本文查閱了大量的文獻資料，全面總結和分析了永磁無刷直流電動機的研究現狀，闡述了永磁無刷直流電動機的運行和控制機理。 2)在分析永磁無刷直流電動機的性能與運行原理的基礎上，設計了以PIC16F877A單片機為核心的永磁無刷直流電動機調速系統，并進行了實驗研究。 3)利用Matlab/Simulink對永磁無刷直流電動機系統建立動態仿真模型，結合實驗所得參數進行仿真，結果證明所建仿真模型的正確性和有效性。 4)在Matlab下對永磁無刷直流電動機可能會出現的各種故障進行了仿真研究，表明了永磁無刷直流電動機具有良好的容錯性能。 5)基于磁路法設計了一套永磁無刷直流電動機的電磁設計程序，給出了計算實例。 6)給出了計及齒槽影響的永磁無刷直流電動機電感參數的解析計算，與有限元法計算結果對比，表明此方法的正確性和精確性；在星形連接的兩兩導通方式下，分析計算得到計及繞組電感的永磁無刷直流電動機的平均電流穩態電路模型，結果表明計及電感參數的電樞電流較小，轉速相應降低；推導出了在三角形連接的兩兩導通方式下，計及繞組電感的相電流解析式。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題是國家自然科學基金重點資助項目“微型燃氣輪機一高速發電機分布式發電與能量轉換系統研究”(50437010)的部分研究內容。高速電機的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機領域的研究熱點之一。高速電機的主要特點有兩個：一是轉子的高速旋轉，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機的高速電機特有的關鍵技術。本文針對高速永磁電機的機械與電磁特性及其關鍵技術進行了深入地研究，主要包括以下內容： 首先，進行了高速永磁電機轉子的結構設計與強度分析。根據永磁體抗壓強度遠大于抗拉強度的特點，提出了一種采用整體永磁體外加非導磁高強度合金鋼護套的新型轉子結構。永磁體與護套之間采用過盈配合，用護套對永磁體施加的靜態預壓力抵消高速旋轉離心力產生的拉應力，使永磁體高速旋轉時仍承受一定的壓應力，從而保證永磁轉子的安全運行。基于彈性力學厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉子應力計算模型，確定了護套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護套中的應力分布。該種轉子結構和強度計算方法已應用于高速永磁電機的樣機設計。 其次，進行了高速永磁轉子的剛度分析和磁力軸承—轉子系統的臨界轉速計算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態偏置磁通密度計算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機轉子結構離散化的基礎上建立了磁力軸承—轉子系統的動力學方程，采用有限元法計算了高速永磁電機轉子的臨界轉速。利用該計算方法設計的1臺采用磁力軸承的高速電機，已成功實現60000r/min的運行。 再次，進行了高速永磁電機的定子設計，提出了一種新型環形繞組結構。環型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個槽中，不但增加了定子表面的通風散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統2極電機繞組端部軸向過長的難題，使轉子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機轉子系統的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實驗相結合的方法，分析計算了高速永磁電機的損耗和溫升，并對高速永磁發電機的電磁特性進行了仿真。高速電機的優點是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準確計算對高速電機的安全運行至關重要。為了準確計算高速電機的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進行了不同頻率和不同軋制方向的導磁性能和損耗系數測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機的定子鐵耗和銅耗、轉子護套和永磁體內的高頻附加損耗以及轉子表面的風磨損耗。在損耗分析的基礎上，計算了高速電機的溫升。最后，設計制造了一臺額定轉速為60000r/min的高速永磁電機試驗樣機，并進行了初步的試驗研究。測量了電機在不同轉速下空載運行時的定、轉子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結果的對比，部分驗證了高速永磁電機理論分析和設計方法的正確性。在此基礎上，提出一種高速永磁電機的改進設計方案，為進一步的研究工作打下了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，人們對環境保護越來越重視，SF<,6>氣體的使用和排放受到限制，從而使電器領域內SF<,6>斷路器的發展也受到限制。而真空斷路器充分利用了真空優異的絕緣與熄弧特性，且對環境不造成污染，所以目前在中壓領域已經占據了主導地位，而且不斷向高電壓、大容量方向發展。因此，未來高壓真空斷路器必然取代高壓SF<,6>斷路器。真空滅弧室是真空斷路器的“心臟”，所以，開發高壓真空斷路器最關鍵的是滅弧室的設計。本文對110kV的真空滅弧室的內部電磁場進行了仿真分析，為我國開發110kV真空斷路器提供一定的參考。 本文采用有限元軟件對110kV真空斷路器滅弧室內部靜電場進行了仿真分析，得到了滅弧室內部各種屏蔽罩的大小、尺寸和位置對電場分布的影響；觸頭距離對滅弧室內部電場分布的影響；傘裙對滅弧室內部電場分布的影響。再根據等離子體和金屬蒸氣具有一定導電率的特點，從麥克斯韋基本方程出發，推導了滅弧室內部電場所滿足的計算方程，然后用有限元法對二維電場進行了求解。考慮到弧后粒子消散過程中，電極和懸浮導體表面會有帶電微粒的存在，又計算分析了帶電微粒對真空滅弧室電場分布的影響，進而提出了使滅弧室內部電場更加均勻的措施。 根據大電流真空電弧的物理模型，基于磁場對電流的作用力理論，計算分析了真空電弧自生磁場的收縮效應以及對分斷電弧的影響，得到了弧柱中自生磁場產生的電磁壓強分布，最后分析了外加縱向磁場分量對減小自生磁場收縮效應的作用。 建立了110kV、1/2線圈以及1/3線圈縱向磁場觸頭三維電極模型，并利用有限元法進行了三維靜磁場和渦流場仿真。得到了電流在峰值和過零時縱向磁場分別在觸頭片表面和觸頭間隙中心平面上的二維和三維分布，給出了這兩種觸頭在電流過零時縱向磁場滯后時間沿徑向路徑和軸向路徑的分布規律，最后還對這兩種觸頭的性能進行了比較。
上傳時間： 2013-07-09
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