勵磁調節系統是同步發電機的重要組成部分，對同步發電機乃至電力系統的安全穩定運行有著重要影響。隨著電力系統規模的不斷增大，系統結構和運行方式日趨復雜，對同步發電機勵磁控制系統運行的可靠性、穩定性、經濟性和靈活性提出了更高的要求。本文根據勵磁調節器的國內外發展趨勢，研究開發了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發電機DSP勵磁調節器。 本文首先介紹了數字勵磁的發展歷程、特點及應用范圍，然后介紹了同步發電機勵磁控制系統的國內外發展狀況及趨勢，提出了基于數字信號處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機勵磁系統的結構和設計方案。 在詳細解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎上，提出了勵磁系統的主要硬件設計及軟件實現方法；完成了IGBT勵磁裝置主回路和 IGBT 保護及驅動單元的設計；進行調節器硬件設計，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強大的數據處理能力和豐富的片內外設和高速的實時處理能力，用單片系統結構實現了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調節和系統保護等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵磁控制器的硬件結構，提高了勵磁系統的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗證所設計的勵磁調節器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺，設計了勵磁控制系統各環節的仿真模型。仿真結果表明，采用 TMS320F2812的同步發電機IGBT勵磁系統具有響應快速、調節靈敏、控制性能優良等特點。
上傳時間： 2013-07-29
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直流偏磁是變壓器的一種非正常工作狀態，是指在變壓器的勵磁電流中出現了直流分量。在直流輸電系統中，由于換流站的工作特性，有直流電流分量流過換流變壓器的繞組，產生直流偏磁現象，這一現象將對換流變壓器的正常運行產生不利的影響，如勵磁電流發生畸變、變壓器鐵心損耗增加及鐵心高度飽和引起的漏磁通增加。因此，從電磁場的角度分析這一現象是必要的。 由于鐵磁材料的非線性，不能應用疊加原理分析直流偏磁時的勵磁情況。為此，本文應用了二維瞬態場路直接耦合有限元法，借助大型有限元分析軟件Ansoft，定量分析了在不同等級直流偏磁電流作用下，換流變壓器空載運行狀態下的勵磁電流波形情況，結果表明，直流偏磁使鐵心中的磁通密度發生偏移，對應的勵磁電流波形呈現正負半波極不對稱的形狀，并且直流偏磁量越大勵磁電流的畸變越嚴重。 在求出直流偏磁量與勵磁電流峰值關系的基礎上，應用一種基于鐵心空載損耗數據的方法，定量分析了在不同等級直流偏磁電流作用下，換流變壓器鐵心損耗情況，結果表明，隨著直流偏磁電流的增加，鐵心損耗也會隨之增加，這會導致鐵心溫升上升，嚴重時會導致鐵心局部過熱，影響變壓器的正常運行。 在漏磁場分析中，討論了變壓器漏磁場的類型和作用，經過合理簡化，建立了換流變壓器二維漏磁場計算模型，應用二維瞬態場路直接耦合有限元法，分析了不同等級直流偏磁電流作用下，換流變壓器漏磁場分布情況，結果表明，隨著直流偏磁量的增加，不同位置處漏磁場分量的變化規律基本不變，但漏磁在增加，且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上傳時間： 2013-06-25
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為設計高性能、低損耗的電機，需要準確地分析電機鐵耗。本文從鐵磁材料的磁化特點出發，以分離鐵耗模型為基礎，對交變磁化以及旋轉磁化條件下鐵磁材料和電機的鐵耗進行分析和計算，分別從理論和實踐角度著重就電機鐵耗計算和測量中的一些相關問題作了深入研究。 按照分離鐵耗模型，鐵心損耗可以分成磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗。本文首先從交流磁滯回線的產生機理出發，在Preisach靜態磁滯模型的基礎上，利用極限磁滯回線的對稱性，采用人工神經網絡技術，建立了Preisach人工神經網絡磁滯仿真模型，實現了對鐵磁材料交流磁滯回線的理論計算，為磁滯損耗的理論分析和計算奠定了基礎；為對交流磁滯回線進行實測，本文給出了一種采用愛潑斯坦方圈測量鐵磁材料交流磁滯回線與磁滯損耗的新方法，該方法克服了環形樣片測量法的不足，操作簡單，且測量精度高，具有較好的實用價值。利用該方法得到的實驗數據很好地驗證了理論計算結果。 對渦流損耗以及異常損耗的計算模型，本文系統地給出了其推導過程，對模型中的參數進一步加以明確，并對模型的特點進行了分析。鐵磁材料異常損耗計算模型是基于統計學原理推導而來的，模型中參數的確定涉及到鐵磁材料的微觀特性，本文給出了通過實驗確定其參數的具體方法；考慮到工程中異常損耗計算模型是其理論模型的簡化形式，文中對兩者的差別進行了分析。 在分析電機鐵耗時，既要考慮鐵心材料本身的損耗特性，也要考慮電機供電方式以及鐵心中磁場變化等因素對鐵耗的影響。在對鐵磁材料損耗特性分析的基礎上，本文考慮到局部磁滯回環對電機鐵耗的影響，推導了計及局部磁滯作用的電機鐵耗模型，并從理論上對C.P.Steinmetz的磁滯損耗經驗公式進行了驗證，從而明確了公式中經驗系數的物理意義；同時通過實驗研究，分析了磁化頻率對磁滯損耗系數的影響，提出了在磁化頻率較高時分段確定磁滯損耗系數的方法；考慮到現代電機控制策略以及供電方式的多樣性，本文對正弦波、方波以及三角波電壓供電時鐵心材料的交變鐵耗模型分別進行了推導，給出了其解析表達式，并通過實測證明了模型的有效性；對SPWM這類應用較為廣泛的非正弦供電方式，推導了電機交變損耗的一般計算模型，分析了SPWM變頻器供電時電機鐵耗與變頻器參數的關系，給出了其關系的數量表達式; 同時采用改進的愛潑斯坦方圈試驗平臺對非正弦供電條件下的鐵磁材料損耗和電機鐵耗進行了實驗研究。 考慮到電機鐵心制造過程中沖壓對鐵心材料特性的影響，本文提出了一套簡便的對鐵磁材料進行沖壓影響研究的實驗方法，利用該方法，有效地對材料的沖壓影響特性進行了分析。在實驗研究的基礎上，本文推導了考慮沖壓影響時的鐵磁材料損耗的修正系數，從而在傳統交變鐵耗分離模型的基礎上，建立了計及沖壓影響的電機鐵耗計算模型。對模型中引入的沖壓影響修正系數，給出了詳細的推導過程和明確的計算方法，從而使傳統的經驗修正方法得到改善。 在旋轉電機中，除交變磁化外，同時還存在大量的旋轉磁化。本文對旋轉磁化的物理機理進行了初步探討，分析了旋轉磁化條件下的損耗特點，系統介紹了當前鐵磁材料旋轉磁化性能以及旋轉磁化損耗實驗測量和理論計算的方法和手段。 在以上鐵耗理論的基礎上，充分考慮鐵心的非線性及磁滯特性，本文建立了一般條件下的鐵心動態電路模型，并將該模型應用于異步電動機鐵心等效電路中，推導了異步電動機動態鐵耗的分離等效電阻。以一臺三相異步電動機為樣機，采用以上鐵耗的動態分離等效電阻，有效地對電機鐵耗進行了分離，從而為深入研究電機的動態鐵耗特性提供了便利。 論文最后以一臺永磁無刷直流電機為例，對電機的運行特性以及鐵心損耗進行了分析計算。分析中應用場路結合法，建立了永磁無刷電機換流等效電路模型，采用鏡像法建立了深槽無刷電機電樞反應分析模型；在電機鐵耗分析中，推導了考慮旋轉磁化的電機鐵耗工程計算模型，對樣機鐵耗進行了理論計算，并通過構建實驗平臺，對旋轉磁化條件下的樣機空載鐵耗進行了測量，最終理論值與實測值吻合良好，證明了上述方法的有效性。
上傳時間： 2013-07-02
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準確計算電機鐵耗一直是困擾電機設計者的一個難題。傳統方法是假設電機內部磁場僅是交變磁化的，根據鐵磁材料在交變磁化條件下測量的數據，計算電機齒部和軛部由基波磁場造成的損耗，對于計算值與實測值之間的誤差通過經驗系數來修正。這種方法對于已經長期制造和使用的電機而言勉強適用，對于近年來發展很快的永磁電機、高速電機和其他新結構電機，由于缺乏合適的經驗系數，導致此方法難以適用。眾多研究人員的成果已經證明電機的鐵耗有相當一部分是由旋轉磁化導致的，因此顧及旋轉磁化的電機鐵耗計算模型是本文的一個重要內容。 本文從鐵磁材料的鐵耗入手，先研究鐵磁材料在交變磁化和旋轉磁化方式下的計算和測量方法，目的是得到鐵耗分立模型中磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗的計算系數。本文提出并實現了數字式的25cm愛潑斯坦方圈測試系統，它可以測量在任何頻率和波形電源供電下硅鋼片的損耗，本文還在二維鐵耗測試系統中對硅鋼片在圓形旋轉磁化條件下的損耗進行了測量。結果表明，在同樣頻率和磁密的條件下，旋轉磁化下的損耗要比交變磁化下的損耗大。本文提出了基于磁密軌跡的電機鐵耗計算模型，它只采用較容易獲得的交變磁化損耗系數，但又能顧及到旋轉磁化帶來的影響。通過實際電機的計算和測試，表明軌跡法的計算結果在未經任何系數修正的情況下就具有很好的精度，適合推廣使用。 軟磁復合材料是一種新型的粉末金屬材料，它具有渦流損耗小和易制造成具有復雜結構電機等特點。為了探索這種材料在高頻領域中的應用和驗證本文提出的鐵耗計算模型，本文成功地設計和制造了一臺采用軟磁復合材料的爪極式永磁電機，由于結構復雜，本文通過三維有限元分析，對該電機的磁通、磁鏈、電感、轉矩和鐵耗等參數和性能的計算提出了計算方法。對該種電機的熱分析，本文提出了熱網絡法和磁熱耦合有限元法。由于鐵耗在高速電機總損耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通過映射剖分法，使磁場和熱場模型中的單元總數、大小和順序保持完全一致，軌跡法計算得到的各單元鐵耗直接耦合進熱場進行計算，得到了電機準確的溫度分布。本文還進行了高速電機轉子的模態分析，合理地調整轉子的直徑、長度和軸承位置，使轉子的自然共振頻率遠離電機的工作頻率范圍。本文構建了一測試平臺對樣機進行了發電機狀態測試，并通過假轉子法測量了電機鐵耗，實驗結果證明了本文所用方法的可行性，得到的結論對軟磁復合材料的應用及爪極式電機的設計與分析都具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著電力電子技術、微處理器技術以及新的電機控制技術的發展，交流調速性能日益提高。變頻調速技術的出現使交流調速系統有取代直流調速系統的趨勢。但是國民經濟的快速發展要求交流變頻調速系統具有更高的調速精度、更大的調速范圍和更快的響應速度，一般的通用變頻器已經不能滿足工業應用的需求，而交流電機矢量控制調速系統能夠很好的滿足這個要求。矢量控制(Field Oriented Control)，能夠實現交流電機電磁轉矩的快速控制，本文對三相交流異步電機的矢量控制系統進行了研究和分析，以高性能數字信號處理器為硬件平臺設計了基于DSP的三相交流異步電機的矢量控制系統，并分析了逆變器死區效應的產生，實現了逆變器死區的補償。 本文介紹了交流調速及其相關技術的發展，變頻調速的方案以及國內外對矢量控制的研究狀況。以三相交流異步電機在三相靜止坐標系下的數學模型為基礎，通過Clarke變換和Parke變換得到三相交流異步電機在兩相旋轉坐標系下的數學模型，并利用轉子磁場定向的方法，對該模型進行分析，設計了轉子磁鏈觀測器，以實現交流電機電流量的有效解耦，得到定子電流的轉矩分量和勵磁分量。仿照直流電機的控制方法，設計了矢量控制算法的電流與速度雙閉環控制系統。設計了以TMS320LF2407A為主控制器的硬件平臺，在此基礎上實現了矢量控制算法，論述了電壓空間矢量調制(SVPWM)的原理和方法，并對其進行了改進。最后對逆變器的死區進行了補償。 實驗表明基于轉子磁場定向的矢量控制(FOC)系統，結構簡單，電流解耦方便，動態性能好，精度較高，能夠基本滿足現代交流電機控制系統的轉矩和速度要求。
上傳時間： 2013-05-24
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電機直接啟動時產生幾倍于額定電流的沖擊電流，不僅對電網造成不良影響，而且嚴重的影響電機的使用壽命。為了改善電機的啟動特性，在電機領域采用由晶閘管控制的電機軟啟動器，基于電機軟啟動器的優良特性，本文提出了一種基于高速數字處理器TMS320LF2407A的高性能的異步電動機軟起動器。 異步電機在輕載運行時，功率損耗增大，功率因數和效率都大大降低，造成了大量電能的浪費。本文從理論上分析了影響損耗的各種因素，提出了降壓節能方案，然后進行了相關實驗驗證方案效果。 本文利用MATLAB搭建了軟起動器系統的仿真模型，對軟起動的控制方式進行了仿真研究。仿真結果表明該軟起動器系統可以有效地減小異步電動機起動時對電網的沖擊。本文同時也闡述了晶閘管調壓電路及軟起動器主電路的工作原理、軟起動器的硬件結構和功能以及軟件設計。 利用TMS320LF2407A和89S52組成的雙CPU系統，研制了性能優良、操作簡易、界面清晰的三相異步電動機軟啟動器，本文給出了系統的硬件結構、軟件設計思想和相關的實驗曲線。實驗證明，系統具有良好的控制特性。
上傳時間： 2013-06-24
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電氣驅動系統是電動汽車的心臟，主要由驅動電機、功率變換器和控制器等三個子系統構成。本文以TI公司的TMS320LF2407A為系統控制核心，富士公司的IPM模塊為逆變器開關器件，運用空間矢量技術，設計了異步電機變頻調速控制系統。 論文在異步電機數學模型基礎之上，分析了轉速閉環轉差頻率控制系統以及矢量控制系統的控制策略和實現方法；為了給控制系統提供電源，論文設計了使用UC3843作為控制核心的反激型開關穩壓電源，介紹了UC3843以及電源電路的工作原理及設計；論文詳細設計了控制系統的主電路、控制電路以及保護和告警電路；針對電動汽車電機控制器運行環境復雜，處在大量的干擾中，論文從電路板PCB的設計以及控制器機箱內部布局布線等方面充分考慮了其電磁兼容性；根據現場調試的經驗，在實驗室中使用磁粉制動器模擬電機負載搭建了異步電機試驗臺，實驗結果表明了控制系統具有良好的調速性能和較寬的調速范圍。
上傳時間： 2013-04-24
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勵磁控制系統是同步發電機的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機及電力系統運行的可靠性和穩定性。 基于此，利用仿真的方式對勵磁控制系統進行了研究并給出了相關結論，同時提出了一些新的控制算法，并建立了一個勵磁控制系統仿真平臺。 首先，從同步電機和勵磁系統的模型入手，根據研究需要修改了同步電機的仿真模型，詳細地介紹了檢測單元、控制單元和勵磁系統主回路模型，在總結普通PID調節方式不足的基礎上提出了一種性能優越的非線性PID控制方式。 其次，分別在有刷和無刷勵磁系統下，對普通PID、非線性PID和模糊自適應PID三種控制方式在階躍響應和突變負載的情況下進行仿真，對輸出的機端電壓進行分析并得出相關結論。 除了對通用的勵磁控制算法進行仿真分析外，提出了一種基于同步電機本身的勵磁控制算法，這種控制方式是對勵磁電流進行閉環控制，并輔以非線性的PID控制進行進行精度調節。針對這種方式，提出了兩種實現方案。同樣在有刷和無刷勵磁系統下進行階躍響應和突變負載的仿真分析研究。仿真測試表明，這種控制算法在控制的快速性和穩定性方面優于通用的控制方式。 最后，鑒于勵磁控制系統仿真的重復性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵磁控制仿真平臺，借助此平臺對SIMULINK模型操作，可以方便地實現對參數的設置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關的輔助操作等等，可以極大地簡化仿真的操作過程，提高仿真的效率。另外，此平臺的實現也為其它系統類型仿真界面的建立提供了重要的參考。
上傳時間： 2013-04-24
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本論文主要對燃料電池用DC/AC變換器的主電路拓撲、脈寬調制(PWM)方式、控制系統硬件電路、控制策略以及電磁兼容(EMC)問題進行了研究。考慮到燃料電池(Fuel Cell)的特性和DC/AC變換器的應用場合，本文主要對單相DC/AC變換器做了研究。 首先，針對單相DC/AC變換器，分析了它們的主電路拓撲結構、工作原理以及脈寬調制方式。 其次，完成了DSP控制系統的軟硬件設計。DC/AC變換器的控制系統硬件電路，主要包括DSP最小系統、電源系統、信號檢測與調理電路、CAN通信以及SCI串口通信電路等。變換器控制策略則采用電壓環控制，瞬時值電壓以及有效值電壓控制都采用PI調節，并且闡述了如何通過DSP實現PWM脈沖。 另外本文還研究了DC/AC變換器控制電路板的電磁兼容(EMC)問題。針對一些電磁干擾(EMI)問題，提出了相應的抑制措施。主要研究了開關電源EMI濾波器的設計方法。 最后，經過相關試驗，給出了結論，也提出了今后需要進一步研究的方向。
上傳時間： 2013-05-17
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本文對燃料電池車用DC/DC變換器的基本原理以及控制策略進行了較為詳盡的分析和討論，對基于ARM的DC/DC變換器控制系統的軟硬件設計作了較為詳盡的論述，對控制系統的電磁兼容作了詳細的研究并給出了提高電磁兼容能力的措施。本文介紹了本課題研究的背景，燃料電池電動汽車的特性和研究的目的與意義并分析了大功率DC/DC變換器主電路的拓撲結構、工作原理和電磁兼容環境。在此基礎上，從控制電路的最小系統、檢測系統、脈沖發生系統以及驅動電路、CAN通訊電路等方面重點討論了DC/DC變換器控制系統的硬件設計以及驅動電路的設計。本文在DC/DC變換器電感電流連續狀態空間小信號數學模型的基礎上，應用MATLAB軟件對大功率DC/DC變換器單環控制系統進行了建模和仿真分析，給出了具有實際指導意義的結論，設計了基于ARM控制系統的軟件結構并編寫了相應的軟件代碼。此外，本文從硬件和軟件兩個方面重點討論了控制系統的電磁兼容以及抗干擾措施。在系統硬件和軟件基礎上進行了功率試驗并給出了試驗結果以及今后改進的方向。
上傳時間： 2013-05-28
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