礦井高壓電網多以6KV 供電為主，高壓防爆開關成為了井下供電系統的最為關鍵的設備之一。近年來，由于煤礦開采中因電氣保護失控而引發事故的增長，國家對井下供電系統的可靠性、安全性的要求越來越高，因而采用現代化新技術對礦井下高壓控制設備進行技術改造和創新被提到了一個重要的高度。隨著微機技術的應用與發展，以單片機為核心的高壓開關智能綜合保護技術，能夠較好地完成對多路信號進行處理，增強和增加了保護的功能，其應用對于提高供電質量、保證人身安全、完善電網保護都具有很重要的現實意義。本文設計了一個雙CPU 的保護控制系統，雙CPU 結構就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強型51 單片機STC89C58RD+進行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護功能，后者作為主CPU 完成參數的整定、顯示、數據下放以及PROFIBUS 通訊擴展。既能充分利用DSP 的高速數據處理性能，提高保護動作特性； 同時，在不影響數據處理的情況下又擴展了人機界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網中性點不接地系統的主要故障的電氣特征，并有針對性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護、相敏短路保護和絕緣監視保護，然后分析了采樣原理和算法，確定了同步交流采樣和全波傅立葉算法相結合的采樣計算方法。此外，針對系統可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進行了抗干擾設計。最后通過試驗數據驗證了系統對線路故障具有可靠的動作特性。 該保護控制系統性能穩定、動作可靠，簡單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來了極大方便，實現了檢測、保護、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關立項項目“礦用高壓隔爆開關智能控制系統的開發”來進行地研究。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著變電站自動化、通信和微電子等技術的快速發展，在變電站自動化系統領域出現了大量基于微處理器/控制器的智能電子設備，變電站自動化的水平在不斷提高，系統集成成為趨勢。在這一發展過程中，互操作性差已經開始成為“瓶頸”問題，即不同廠商或同一廠商在不同時期的智能電子設備采用的網絡和通信協議可能不相同，使得智能電子設備之間需要協議轉換才能集成到一個變電站系統，從而增加了系統的成本和復雜性，影響了系統的實時性和可靠性。為了解決這個問題并適應將來快速更新的計算機和通信技術，國際電工委員會于2005年正式頒布了關于變電站自動化網絡通信的國際標準IEC61850。本文圍繞基于IEC61850的變電站網絡通信和符合該標準的智能電子設備網絡通信裝置的實現展開研究，分為IEC61850標準的體系分析和具體模型的構建、基于IEC61850的通信網絡的特征及規劃、變電站通信網絡數據流建模及網絡通信性能仿真、符合該標準的智能電子設備網絡通信裝置的設計幾部分。 IEC61850是一套完備的、面向未來的變電站通信網絡與系統標準，本文首先介紹了其制定背景、結構體系和主要內容，分析了信息模型的內涵、技術特征和建模方法，并針對變電站中最為重要的兩類模型--采樣值報文傳輸模型和通用變電站事件傳輸模型進行了具體的模型構建和通信映射。 實現IEC61850通信的物理承載是以太網，本文首先通過對以太網的技術特征進行分析，得出其通信特性，然后研究和分析了變電站通信網絡對環境、規模、安全性、可靠性和實時性等要求，其中對網絡傳輸延時的特性進行了深入研究。在上述分析的基礎上，對變電站通信網絡進行了規劃和構建，提出了使用適用的網絡拓撲、報文加入優先級標簽、采用基于多VLAN的節點分布規劃和網絡冗余等提高實時性和可靠性的改進措施。 區別于傳統的以太網通信，變電站通信網絡中存在多種數據流，是要進行特殊處理的。本文首先對基于IEC61850的變電站通信網絡的數據流進行分析并劃分類別，根據其特性建立了數學模型。然后歸納了網絡模擬的一些技術和方法，并通過基于NS-2的網絡模擬技術對變電站通信網絡的性能進行了動態模擬，得出了相關的網絡性能指標。模擬結果證明了使用交換式以太網、報文引入優先級標簽和采用基于多VLAN的節點分布規劃等提高實時性措施的正確性，有利于變電站的網絡規劃和建設以及智能電子設備通信裝置的設計。 從現代電力系統的信號源開始，首先分析了電子式互感器數字接口的要求并建立數學模型，然后采用模塊化的思想設計出相應的具體軟/硬件，實現了基于IEC61850的電子式互感器數字接口的通信裝置樣機。在此基礎上將此裝置經過擴展和修改用于其他的智能電子設備的網絡通信，使其具有廣泛使用性和兼容性。最后設計了試驗環境，通過測試驗證了該樣機的通信性能滿足要求并具有較高的可靠性。
上傳時間： 2013-07-08
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變電站自動化系統在我國應用發展十多年來，為保障電網安全經濟運行發揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應用和協同操作，數據缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數字化水平不高、缺乏能夠完備實現信息標準化和設備之間互操作的變電站通信標準造成的。 電力工業發展和市場化改革的深入對供電質量和電網安全經濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統的信息源和執行終端，變電站數字化、信息化的要求越發迫切，數字化變電站成為變電站自動化系統的發展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關等智能化一次設備的誕生使建設數字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網絡以及完備的通信系統標準是數字化變電站實現的保障，特別是最新頒布的變電站通信網絡與系統的國際標準-IEC 61850為建設數字化變電站提供了全面規范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡為研究對象，結合新架構的全網絡化數字保護平臺與試驗系統研制的具體實踐，展開專門研究，主要內容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數字化變電站的內在關聯。 ②總結了IEC 61850的內涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協議，更多意味的是變電站自動化系統的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術特征，包括功能分層的變電站、面向對象的信息模型、功能與通信的解耦、變電站配置語言和面向對象的數據自描述等。 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進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應用研究①從系統和設備兩個層面總結了實踐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。 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映射。 ④討論了信息模型實體的構建方法，即如何讓設備的實際功能、運行機制和數據能夠準確和完備的實現設備對應信息模型的所有細節。IEC 61850沒有對實現標準的具體方法作出規定，這給各廠商在技術實現上留出了足夠的自由發揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內涵和應用價值，則可能無法實現IEC 61850的預定目標或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構建方案的基礎上，經過分析從中選擇出作者認為最優的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡(CNDS)的研究①在分析以太網介質訪問控制方法的基礎上，針對標準以太網存在延時不確定的問題，總結了提高以太網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的一般局域網的區別，針對CNDS在網絡可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應對措施和解決方案。 ③提出了過程子網和全站惟一網絡2種組網方案。通過分析各自的特點與實現難度，指出過程子網目前較易實現，而全站惟一網絡將憑借信息高度共享等優勢成為CNDS的最終形態。闡述了VLAN、由交換機實現網絡冗余等組網技術在SAS中的應用方法及IED自身通信冗余的實現方法。 ④歸納了CNDS數據流的類型和到達時間規律：建立了簡單數據流模型為表征數據流、研究數據流業務特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協議及其運行機制，提出了TcP應用于CNDS的優化方法。 ⑤利用OPNET網絡仿真技術，建立了EMAC和TCP/IP仿真節點模型，對以太網、TCP和交換式以太網的基本特征等進行了仿真研究；依據CNDS實際承載的功能，建立了過程子網和站級網絡的動態仿真模型，圍繞網絡延時和端到端延時等網絡性能指標，對不同組網方式和應用功能下的網絡性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的設計與實現①闡述了一種新架構的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的軟硬設計和實現方法。提出了適用于數字保護的RTOS多任務劃分方法。 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，在平臺內部實現了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850系統和數字化變電站做好了準備。 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，為類似設計方法在間隔層IED上的應用提供了可信依據。
上傳時間： 2013-05-28
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電流互感器是電力系統中最重要的高壓設備之一。它被廣泛應用于繼電保護、系統監測、電力系統分析之中，關系到電力系統的安全性與可靠性。隨著電力系統向高電壓、大容量和數字化方向的發展，傳統的電磁式電流互感器很難滿足電力系統發展的進一步要求。因此，研究基于計算機技術、現代通信技術及數字處理技術的以電子式電流互感器(ECT)為代表的、新型的高精度電流互感器成了大勢所趨。在電子式電流互感器的應用研究中，ECT高壓側的電源問題是關鍵技術之一。 本文對國內外電子式電流互感器發展的現狀進行了描述，并對已有的電子式電流互感器的高壓側供能方式進行了總結。論文根據本課題組所研究的電子式電流互感器的特點，對電子式電流互感器的高壓側供能系統的設計進行了研究，提出一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法。 本文首先設計了一種應用于高壓電子式電流互感器的數字化激光電源，包括大功率激光器的驅動電路、基于16位低功耗單片機MSP430的過流保護電路和恒溫控制電路、輸入電路、顯示電路、以及高壓側變換電路。其供能部分由低電位側的大功率激光光源產生激光輸出，經光纖將激光能量傳輸到達高電位側的光電池，再由光電池進行光功率到電功率的光電變換后，形成滿足光電電流互感器傳感頭部分所需的電壓輸出。實驗結果表明，該電源可以提供穩定的6V電壓，其功率不少于300mW。 本文又設計了了一種應用于高壓側電子裝置中的CT電源方案：通過一個特制的電流互感器(CT)，直接從高壓側一次母線電流獲取電能，憑借在CT和整流橋之間串聯的一個電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應電壓并限制了CT的輸出電流，起到了穩定電壓和保護后續電路的作用。實驗結果表明，該電源能輸出穩定的5V直流電壓，紋波不超過25mV。 最后，本文提出了一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區問題，延長了激光器的使用壽命。
上傳時間： 2013-06-05
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混合動力電動汽車(HEV)作為降低城市汽車尾氣污染、減少油耗和調整能源結構的行業新技術，前景十分廣闊，日益受到人們的關注，其開發也成為新的熱點。驅動電機及其控制系統是HEV的核心部分，其性能的優劣很大程度上決定了車輛的動態性能，因此對其進行研究具有重要的理論意義和應用價值。 本文主要研究混合動力車用交流驅動電機控制系統，以高性能的數字信號處理器(DSP)為核心，采用轉子磁鏈定向矢量控制(FOC)算法，設計了一種基于DSP的交流驅動電機控制器。主要研究內容如下： 首先，在分析國內外研究狀況和比較幾種常用驅動電機的基礎上，結合HEV對驅動電機的特性要求，選擇交流異步電機作為HEV的驅動電機和基于轉子磁鏈定向的矢量控制技術作為系統開發方案。 其次，以交流異步電機的動態數學模型為基礎建立了轉子磁鏈位置的電流計算模型，實現交流電機轉矩和勵磁電流分量的有效解耦。結合矢量控制理論及電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術給出了混合動力車用驅動電機矢量控制系統結構框圖。 最后，以一臺5kw異步電機作為控制對象，搭建了系統主電路。系統控制電路以TMS32OLF2407A DSP為核心，由電流、電壓及速度等檢測模塊和CAN總線通信模塊組成。系統以CCS2集成開發環境為平臺，采用匯編語言編程，設計了基于DSP的矢量控制具體的軟件實現方法，實現了全數字化的HEV驅動電機矢量控制系統。論文給出了驅動電機運行的調試結果并進行了分析。 實驗表明該控制系統響應速度快，電壓利用率高，動態性能好，能夠滿足HEV對驅動電機動態和靜態性能的要求，對開發出低成本、高性能的電機驅動控制系統具有實用價值。
上傳時間： 2013-07-06
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隨著能源危機日趨嚴重，新能源的開發與節能技術的研究日趨迫切，而新型儲能元件—超級電容器的應用為能量回收開辟了一條新的道路。 作為新型儲能器件，超級電容器擁有其它儲能器件無法比擬的優點—充放電速度快、功率密度高、使用壽命長。但由于其額定電壓很低，一般為1V～3V，因此使用時需多節串聯以達到實用電壓值，而電容單體參數不一致必然導致單體電壓不平衡。長此以往，勢必嚴重影響超級電容組壽命及其工作可靠性。 本文從超級電容器結構與工作原理入手，詳細闡述了其各種特性，分析和比較了目前存在的各種電壓均衡電路，確定了適合能量回收系統中超級電容組的電壓均衡策略，提出了如下兩種方法： 一種是運用飛渡電容轉移能量的思想，在飛渡電容與超級電容器之間加入DC/DC變換器，對超級電容器恒流充放電，保證了電壓均衡電路快速性。 針對超級電容器單體電壓低造成的DC/DC變換器恒流控制困難的問題，本文采用了新型開關電源芯片LTC3425及LTC3418實現了恒流輸出，仿真及試驗結果驗證了該方法的有效性。 另一種方法為基于變壓器的電壓均衡法，該方法引入全橋逆變器和高頻變壓器構成了一種新穎的電壓均衡電路。此方法容易獲得超級電容器串聯組平均電壓值，使得對低于平均電壓值的超級電容器充電非常方便。此方法以較低成本實現了電壓均衡目的，并通過仿真和試驗驗證了該方法的有效性。 以上兩種方法均通過能量內部轉移來完成電壓均衡，達到了較高的均衡效率，適合用于能量回收系統中超級電容組的電壓均衡。
上傳時間： 2013-06-08
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燃料電池電動汽車DC/DC變換器的諸如工作電壓、電流、效率、體積、重量、溫度這些參數指標中溫度參數是一個尤為重要的參數。如何對DC/DC變換器內部多點溫度參數進行實時監測從而為DC/DC變換器提供可靠的溫度參數就成為本課題的直接來源和選題依據。 USB總線具有即插即用、使用方便、易于擴展以及抗干擾能力強等其它總線無法比擬的優點。如今USB已經成為PC上的標準接口，并迅速占領了計算機中、低速外設的市場。而且隨著計算機功能的不斷強大，虛擬儀器技術也在不斷發展。它代表了測量與控制技術的未來發展方向。本課題的研究目的就是希望將USB總線技術和虛擬儀器技術應用到測量系統中，充分利用實驗室現有的資源，設計一個基于USB總線和LabVIEW的多路溫度測試儀。 在了解DC/DC變換器內部主電路的拓撲結構的基礎上，考慮測試系統抗干擾技術，選用擴展了USB功能的微控制器芯片STM32F103和高精度溫度傳感器PT1000完成了基于恒流源的多通道溫度檢測電路原理圖與印刷電路板設計。在學習USB協議和電子芯片數據手冊的基礎上編寫了測試儀的下位機固件程序。通過LabVIEW中的NI—VISA開發驅動程序實現上位機與USB設備的通信功能。在LabVIEW虛擬儀器軟件開發平臺中編寫用戶界面并建立合理的報表生成系統，有效存儲數據提供用戶查詢。 直接在LabVIEW環境下通過NI—VISA開發能驅動用戶USB系統應用程序，完全避開了以前開發USB驅動程序的復雜性，大大縮短了開發周期，節省了開發成本。設計完畢后對系統進行了軟硬件聯調，通道標定和現場試驗，并進行了精度分析。實驗結果表明課題在這一研究過程中取得了預期的良好結果。
上傳時間： 2013-06-07
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直接轉矩控制技術(DTC)是繼矢量控制技術之后交流調速領域中新興的控制技術，它采用空間矢量分析的方法，直接在定子坐標系下計算并控制異步電機的轉矩和磁鏈，采用定子磁場定向，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，從而能夠快速而準確地控制異步電動機的轉矩和磁鏈，以獲得轉矩的高動態性能。目前在高速離心機行業，普遍采用通用型變頻器，其通用性好，但參數較多，價格較貴，為了降低成本增強控制性能，本文利用直接轉矩控制技術的優點，采用直接轉矩控制策略設計并制作了針對高速離心機的專用變頻器。 本文介紹了異步電動機和逆變器的基本數學模型，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，以及直接轉矩控制系統的基本組成，對直接轉矩控制系統進行了仿真研究，建立了基于MATLAB/Simulink的仿真系統，介紹了仿真模型的各組成部分，包括3/2變換、定子磁鏈、電機轉矩觀測模型、轉矩調節器、磁鏈調節器、扇區判斷、開關表選擇等，給出了系統加減負載和加減轉速仿真結果，仿真結果表明了其磁鏈軌跡近似為圓形，系統具有良好的動態和穩態性能，同時證明了建立的轉矩和磁鏈觀測模型以及控制算法的正確性和可行性。根據仿真實現方法以及結果的指導，設計并制作了整個系統的硬件電路，包括主電路(單相整流、濾波、制動電路、啟動限流電路、逆變電路)、控制電路(DSP、驅動隔離放大、采樣)并對各器件進行選型，給出了硬件各部分電路圖；最后介紹了系統的軟件流程以及各模塊的程序實現，系統的軟件部分采用C語言進行編程，實現了定子相電流的采樣、定子相電壓的計算、定子磁鏈的計算和開關信號的輸出等功能。在分別對硬件和軟件各部分進行調試后，進行了系統的聯合調試，以TMS320F2808作為控制器，在一臺功率為1.5KW的交流異步電機上實現了直接轉矩控制。
上傳時間： 2013-05-31
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大功率照明LED（Light Emitting Diode）是新一代光源，它光轉換效率高，也稱作綠色光源。由于大功率照明LED本身的伏安特性，大功率LED的開關電源的研究從一開始就遇到了困難。而發展LED照明是現在節能環保的大趨勢，所以研究開發一種新型的大功率照明LED開關電源是很有必要的。 本文簡要介紹了大功率LED的發光特性、伏安特性及其驅動方案，并回顧了大功率LED開關電源的發展歷史，展望了未來趨勢。給出了大功率LED開關電源課題的背景，并分析了設計難點。在此基礎上，提出了一種新型兩級式方案，前級為PFC級，后級為DC/DC級。PFC級采用電感電流臨界連續模式的Boost變換器，DC/DC級采用準諧振模式的反激變換器。為了提高PFC級在低電壓輸入時的效率，采用了變電壓輸出的控制方案。 文中首先對采用臨界連續工作模式的功率因數校正級的工作原理和主電路參數進行推導與設計，以及對基于L6562的PFC控制電路的設計進行了詳細的研究。其次詳細介紹了準諧振模式的理論基礎和應用，對基于NCP1377B的反激變換器的工作原理和穩態特性進行了詳細的分析；在此基礎上提出了一種高效低損耗的準諧振變換器的設計方案。論文詳細介紹了該方案的工作原理和特點，并分析了鉗位電路及基于TSM103的恒壓/恒流電路及線性穩壓器在提出的兩級式方案中的應用。 結合上面提到的方案，本文研制了一臺全球輸入電壓范圍（90～265Vac），12V/5A輸出的大功率照明LED開關電源，實驗結果驗證了所提方案的可行性。
上傳時間： 2013-07-15
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數字技術、電力電子技術以及控制論的進步推動弧焊電源從模擬階段發展到數字階段。數字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規模集成、方便升級，成為焊機的發展方向，推動了焊接產業的巨大發展。針對傳統的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結構的焊機主電路實現方法和基于“MCU+DSP”的數字化埋弧焊控制系統的設計方案。 本文詳細介紹了埋弧焊的特點和應用，從主電源、控制系統兩個方面闡述了數字化逆變電源的發展歷程，對數字化交流方波埋弧焊的國內外研究現狀進行了深入探討，設計了雙逆變結構的數字化焊接系統，實現了穩定的交流方波輸出。 根據埋弧焊的電弧特點和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結構設計焊機主電路，一次逆變電路選用改進的相移諧振軟開關，二次逆變電路選用半橋拓撲形式，并研究了兩次逆變過程的原理和控制方式，進行了相關參數計算。根據主電路電路的設計要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機主控系統來實現焊接電源的控制。其中主控板單片機ATmega64L主要負責送絲機和行走小車的速度反饋及閉環PI運算、電機PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負責焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環PI運算以及控制焊接時序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉編碼器進行焊接參數和焊接狀態的給定，預置和顯示各種焊接參數，快速檢測焊機狀態并加以保護。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協議交換數據。通過軟件設計，實現焊接參數的PI調節，精確控制了焊接過程，并進行了抗干擾設計，解決了影響數字化埋弧焊電源穩定運行的電磁兼容問題。 系統分析了交流方波參數的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設計的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時序，并可以有效抑制功率開關器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數字化交流方波埋弧焊的控制系統和焊接試驗進行了總結，分析了系統存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；數字化；逆變；軟開關技術
上傳時間： 2013-04-24
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