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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變電站是電力系統的一個重要環節，它的運行情況直接影響到電力系統的可靠、經濟運行。一個變電站運行情況的優劣，在很大程度上取決于其二次設備的工作性能。現在的變電站有三種運行模式：一種是常規變電站，一種是部分實現微機管理、具有一定自動化水平的變電站，再有一種是實現無人值班、全面微機化的綜合自動化變電站。在常規變電站中，其繼電保護、中央信號系統、變送器、遠動及故障錄波裝置等所有二次設備都是采用傳統的分立式設備，而且站內配備大量控制、保護、記錄用屏盤。使裝備設置復雜，占地面積大，日常維護管理工作繁重。這種常規變電站的一個致命弱點是不具備自診斷能力，對二次系統本身的故障無法監測。因此，這種常規變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運行的可靠性及經濟性，一個最有效的方法就是提高變電站運行管理的自動化水平，實現變電站的綜合自動化，以微機化的新型二次設備取代傳統使用的分立式設備。開發集保護、控制、監測及遠動等功能為一體的新型設備，并實現設備共享、信息資源共享，使變電站設計簡捷、布局緊湊，運行更加可靠安全。 隨著微型計算機技術、集成電路技術的迅速發展，原來越多的新技術和新產品應用到變電站的二次設備中去，使變電站的二次設備得到不斷的更新換代。該項研究把一種新型的低壓電能量測量芯片與高性能的數字信號處理器(DSP)結合起來，利用DSP體積小、功能強、功耗低、速度快、性價比高等優點，設計出新型的變電站線路測控單元，實現對高壓線路的測量、監視和控制，這種新型的二次設備比傳統的二次設備具有更高的精度和更快的相應速度。 與此同時，網絡理論和技術的發展，也使變電站監控系統的結構發生了很大的變化，由原來的集中控制型逐步過渡到功能分散、模塊化的分散網絡型，通過現場總線，使主控室和現場之間的聯系變成了串行通信聯系，從而提高的系統的可靠性和可維護性。CAN總線應用于變電站的監控系統中，組成變電站的數據通信網絡，可以提高系統的抗干擾能力和容錯能力。 該文就以上的兩個方面進行研究和設計，主要內容包括：一是在簡單介紹新型電能測量芯片和DSP的基本知識的基礎上，提出了一個變電站測控單元的設計方案，并從從硬件和軟件兩個方面進行了詳細的介紹，主要部分是對測量模塊的設計；二是系統的通信接口模塊設計，從硬件和軟件方面詳細的介紹了通信模塊的三種不同的通信接口的設計，分別是RS-232串行通信、RS-485總線通信、CAN總線通信；三是在分析現代測控系統發展歷史，指出了現場總線測控系統的優越性；四是設計出的測控系統單元的基礎上，利用CAN現場總線構建變電站的綜合監控系統。 該文提出的方案、技術以及結論對于變電站監控系統和自綜合動化系統的研究開發、工程設計都具有實際的參考意義。
上傳時間： 2013-04-24
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研究表明，茶葉做青環境及工藝等是影響烏龍茶品質的重要因素。由于烏龍茶茶青在發酵過程會產生大量水汽，因此，對茶青發酵的溫度控制要求十分高，而且還要求能夠不間斷除濕。目前，很多中小型烏龍茶加工車間采用空調來調節烏龍茶茶青發酵過程的溫度和濕度，但是由于空調不能在制熱過程中除濕，因此，采用空調是無法在低溫天氣用于茶青發酵加工的。 本文通過對空調系統的研究，結合除濕機的工作原理，設計了一種具有新型結構的茶青發酵溫濕度控制系統。通過制冷回路的改進和閥門的切換，使得本系統既可以象普通空調一樣制冷制熱，也可以當作除濕機來用，滿足了烏龍茶茶青發酵加工過程不間斷除濕的要求。 論文詳細介紹了該系統的工作原理和控制方法，包括模糊PID控制策略的研究，并基于DSP平臺設計了相關的控制算法。最后，采用MATLAB進行仿真研究，證明較常規PID算法具有更好的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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超級電容器是一種介于電池和靜電電容之間的新型儲能元件，其功率密度比電池高數十倍，能量密度比靜電電容高數十倍。具有充放電速度快、對環境無污染、循環壽命長等優點，有希望成為21世紀的新型綠色能源。 設計了一個主回路以BUCK降壓電路為主，控制回路以單片機89C51為核心的超級電容器充放電測試系統，用于測試超級電容器充放電性能。本系統通過檢測超級電容器的端電壓、電流和溫度，并將采集到的信號由ADC0809轉換為數字信號，送入89C51分析處理后，再經DAC0832輸出，調節脈寬調制器TL494的電壓信號，調整PWM的輸出值，控制BUCK轉換電路中MOSFET功率開關的占空比，從而改變輸出直流電壓的大小，實現恒流控制。超級電容器充電方法采用分階段恒流充電，依照充電狀態的不同，適時調整充電電流大小，避免過充電造成超級電容器損害。在其控制方法和實現手段上，主要通過單片機的設定值與實測值的比較來控制電路的輸出，也可以通過模糊控制技術來實現，并用MATLAB進行了仿真實驗，仿真結果證明采用模糊控制能夠取得更好的效果。在整個系統的保護功能方面，采用了過壓、過流以及過熱等的保護方法，實現軟硬件對系統的保護。 利用本測試系統可以對超級電容器進行恒電流充放電，其充放電曲線基本上呈現線性。模糊控制能針對電容器充電狀態的不同，適時給予不同的充電電流，不至于發生大電流過充造成超級電容器受損的情況，確保使用壽命。 解決了系統的電磁兼容，從而能夠保證系統能夠安全可靠地工作。在電路裝置硬件電路、軟件以及印制電路板設計中所采取了一些抗干擾措施，可以有效地預防一些干擾帶來的誤差，提高了系統的可靠性和穩定性。
上傳時間： 2013-04-24
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開發和研制無鐵心永磁電機是當前電機領域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發無鐵心永磁電機需要準確計算電機的參數和性能，而實現這一任務的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結構特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學的研究熱點之一。 本文的研究內容是國家高技術研究發展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設計與集成技術”的關鍵技術之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節約計算機內存和CPU時間。根據對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標量磁位漸近邊界條件數學模型。為了盡可能減少節點的數量，結合無鐵心永磁電機的具體結構，推導了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標量漸近邊界條件與有限元法結合的三維開域靜磁場的數學模型，并提出具體的實施方法，推導出相應的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節約計算機內存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內轉子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉子均無鐵心的情況下電機內部及周圍磁場的大小，總結出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規律。 第三部分針對不同拓撲結構的Halbach磁體陣列電機磁場問題進行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數、電樞計算長度等主要設計參數隨電機結構尺寸的變化規律。 第四部分針對具有試驗數據的三種結構的無鐵心永磁電機樣機進行了計算和分析，計算結果與試驗數據吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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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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本文論述了基于ST7FMC的電動摩托車控制系統的研究。 近年來,由于燃油交通工具尾氣排放對城市空氣造成的嚴重污染，以及人們生活水平、環保意識的逐漸提高，綠色交通工具己成為時代發展的重要課題。考慮到我國目前的國情，發展電動車具有重要的環保意義。 隨著電機技術及功率器件性能的不斷提高,電動車的控制器發展迅速。但是目前市場上大多數的電動車產品均采用低集成度元件控制裝置，功能過于簡單，不能充分發揮系統潛力及處理一些特殊的控制問題。 提出了基于意法半導體芯片ST7FMC的永磁無刷直流電動機的控制系統設計方案，進行了低成本、高智能的無刷直流電機控制系統設計，能滿足更多應用場合的需要。主要從以下幾個方面進行了分析與研究: 首先，建立無刷直流電機的數學模型，并分析其電機運行特性。 其次，根據ST專用單片機的特點詳細設計了系統的控制策略：將調速系統設計為電流、速度雙閉環的PI算法控制，以保證調速性能和電流控制精度；采用ST芯片固有的寄存器進行速度的檢測，比較精確；將相電流檢測設計成母線電流PWM On中點檢測；采用了高性能的驅動集成電路IR2136來驅動MOSFET組成的全橋逆變電路；驅動方式采用新型的凸形波驅動控制方法。 最后，組裝了試驗樣車，通過實驗室觀測及實地運行，驗證了系統運行的可靠性。 由此得出結論：本課題設計的基于ST7FMC的電動摩托車控制系統具有運行性能良好、可靠性高的特點，為后續的研究工作提供了一定的基礎。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著人類生活水平的提高，人們對能源的需求也日益提高。太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，具有儲量大、利用經濟、清潔環保等優點。因此，太陽能的利用越來越受到人們的重視，而太陽能光伏發電技術的應用更是人們普遍關注的焦點。在不久的將來，太陽能光伏利用的主要形式將是并網發電系統。高性能的數字信號處理器芯片(DSP)的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網的控制成為可能。 一套基本的光伏并網發電系統一般是由太陽能電池板、太陽能控制器和逆變器構成。其中，太陽能控制器和逆變器是光伏并網系統的核心部分，本文針對如何提高太陽能光伏并網系統的轉換效率，從建模仿真方面對具有最大功率點跟蹤的光伏并網系統進行了研究。首先，概述了太陽能光伏發電系統的組成，介紹了目前我國太陽能光伏發電技術的應用。其次，使用MATLAB中的POWER SYSTEM BLOCKSETS 工具軟件建立了光伏并網發電系統的動態模型，并進行了仿真，給具體的硬件設計提供了極為有效的幫助。再次，通過比較幾種常用的DC/DC 變換器的工作原理，提出利用推挽式DC/DC 變換器實現轉換，對參數進行分析后建立了推挽式DC/DC 變換器的仿真模型。MPPT(最大功率點跟蹤)是光伏系統中經常遇見的問題。本文詳細地分析了常用的幾種MPPT 方案，并提出了幾種新的MPPT 方案。分析了基于DSP 芯片(TMS320F240)的光伏并網發電系統的控制設計思想。采用電網電壓前饋和電流跟蹤技術,建立了相關的控制模型,實現了網側電流正弦化和單位功率因數。最后本文結合實際系統給出了SPWM的設計方案和軟件流程圖。
上傳時間： 2013-07-22
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論文分析了混合式步進電動機的工作原理和運行特性。采用簡化的磁網絡模型，推導了建立二相混合式步進電機數學模型的關系式。并對步進電機的多種驅動技術進行了詳細的研究，著重分析和論述了正弦脈寬調制細分驅動技術。文中對整個系統的結構、硬件電路設計及驅動軟件編程進行了研究和實現，并給出了系統性能實驗結果。 步進電機的使用離不開步進電機驅動器，驅動器的優劣影響著步進電機的運行性能。傳統的驅動方式側重于使步進電機繞組電流以盡可能短的時間上升到額定值，以提高電機高速運行時的轉矩，一般步距角較大，且造成低速運行時的振動和噪聲加大。針對此問題，開發出一種新型的基于單片機的多細分二相混合式步進電機驅動器。該驅動器以二相混合式步進電動機的靜態和動態運行特性為出發點，主要分為數字控制部分、GAL片邏輯綜合信號處理單元、SG3525恒流控制電路、驅動功放電路、過流保護及反饋電路和系統供電電源模塊等。采用專用集成芯片和可編程邏輯器件，以8位單片機AT89C51為控制核心，實現恒流控制、正／反轉運行、過流保護和多檔位細分等功能。在器件選型和軟、硬件設計方面兼顧了性能與成本等因素，性價比較高且通用性強。 該驅動器樣機已完成制作并進行了聯調測試，文中給出了測試結果并對所測波形進行了分析。實驗結果表明，系統硬件和軟件設計合理可行，各項技術指標均達到了設計要求。它與混合式步進電動機配套可以明顯地改善步進電動機的運行性能，拓寬其應用領域。
上傳時間： 2013-06-07
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超聲波電機是上個世紀八十年代逐步發展起來的新型微電機。它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁馬達相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作相應快、運行無噪聲、無輸入時能自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域要比傳統的電磁電機性能優越得多。目前，旋轉型超聲波電機，尤其是環形行波型超聲波電機，在工業、辦公、過程自動化等領域的伺服系統中作為直接驅動執行器得到廣泛的關注。 本論文主要研究并設計了用于超聲波電機控制驅動的小型控制系統。其目的是針對市場需要，提供給用戶一種價格較低、體積小、性能指標適中，操作簡便，能夠實現快速定位，速度可調節的標準的閉環控制器。 控制器的核心為MSP430F167。課題對外圍檢測、控制、驅動電路進行相關的研究和設計，并按照控制器的需求設計相應的軟件。最后給出實驗結果：系統運行穩定，速度曲線較為理想，達到了最初的設計要求。 系統總結了超聲波電機的發展、特點、分類，通過與傳統電磁電機的對比給出了超聲波電機的廣闊的應用前景。在此基礎上，指出了超聲波電機研究的發展方向，明確了本文的研究內容。 總結了環形行波型超聲波電機的結構特點、運行機理，并在此基礎上總結了環形行波型超聲波電機調頻、調相、調幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅動逆變電路的優缺點。 本課題設計了基于超聲波電機的控制驅動系統電路。首先，提出了本次設計的設計思想及目的；其次，介紹了本設計的控制器硬件電路具體設計過程以及調頻調速的實現方式。然后，詳細介紹了該控制系統的軟件構成，包括上位機軟件、下位機軟件以及通訊部分。詳細闡述了在本控制系統中的調速、定位原理。最后通過實驗結果說明了該小型控制系統的有效性。
上傳時間： 2013-07-18
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