與傳統的徑向磁通圓柱式電機相比，軸向磁通的盤式無鐵心永磁同步電機有著許多明顯的優點：其結構較為簡單，加工及裝配費用低，電機運行可靠，不需勵磁電流，提高了電機的效率和功率密度。盤式電機永磁化是一種發展趨勢，而稀土材料是其首選的永磁材料。我國已研制出盤式永磁同步電機，但還處于試制階段，要實現產品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對該電機的氣隙磁密進行分析，對影響氣隙磁密的各種因素展開了研究。具體內容如下： 1) 回顧了永磁電機的研究歷史、發展現狀和主要應用，對永磁材料的性能及選取、聚磁技術、電機磁場計算所需理論和有限元軟件進行了介紹。 2) 將電機內的電磁場、有限元軟件和盤式無鐵心永磁電機特殊結構相結合，設計出了近二十個有限元計算程序，組成一個針對盤式無鐵心永磁同步電機的計算軟件包，由這些計算程序出發，對盤式無鐵心永磁同步電機進行一系列仿真分析計算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時，由于有限元軟件在繪圖方面的限制，需要將氣隙磁密數據從有限元軟件中導出到文本文件，再由其它數學工具進行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過程中由于導出數據格式與繪圖工具所需數據格式不能兼容，還需要對導出數據進行處理。由于有限元軟件導出的數據量很大，如果對這些數據進行人工整理將增加大量的工作量，所以作者在研究過程中，針對導出數據的特點編寫了一個Vb數據處理程序，使數據處理工作得到大大簡化。 3) 在上述建立的軟件包的基礎上，對基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電機進行了一系列系統分析，其中包括三維開域磁場分析、永磁體厚度對電機氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時氣隙磁場分析、采用不同角度Halbach陣列時的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機設計過程中永磁體的設計提供了依據。 4) 在對盤式無鐵心永磁同步電機磁場進行詳盡的分析的基礎之上，本文提出了對該電機的新設計方案，并就此方案進行了建模分析，結果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結構的氣隙磁密更為理想。此外，還對新模型從定性的角度進行了渦流損耗分析，分析表明其結構有利于減小渦流損耗。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁無刷直流電動機是一種機械、電氣、電子一體化的高技術產品，具有結構簡單、運行可靠、使用壽命長等優點，在現代輕重工業中應用廣泛。現代工業技術和生產需求的快速發展對永磁無刷直流電動機控制系統的性能要求不斷提高，因此研究具有響應速度快、調節能力強、控制精度高的無刷直流電動機控制系統具有十分重要的意義。 本文介紹了永磁無刷直流電動機控制系統的組成和研究方向，介紹了英飛凌XC167Cl高性能16位單片機，進而對永磁無刷直流電動機的類型進行了介紹，同時分析了永磁無刷直流電動機的工作原理，建立了比較完善的數學模型，并詳細闡述了轉矩脈動產生的原因和消除轉矩脈動的一般方法。 本文設計并實現了基于英飛凌XC167Cl高性能16位單片機的轉速和電流雙閉環永磁無刷直流電動機控制系統。系統采用PWM方式實現對電機的控制。轉速和電流雙閉環數字PI器的應用使得控制系統具有良好的動態和靜態性能。單片機和液晶顯示與鍵盤給定模塊之間的串行通信實現了控制系統信息在人機間的傳輸，為系統的調試帶來了靈活性，也為控制系統中參數的實時監控和給定提供了方便。 在本文的最后，就采集到的部分波形，分析了實驗結果，并提出了對本系統的總結和展望。 實驗表明，本文所采用的英飛凌XC167Cl高性能16位單片機具有極高的性能，以其為核心的控制系統具有運行性能良好、調試方便、升級換代容易等特點，為后續的研究工作提供了實驗基礎和借鑒。
上傳時間： 2013-05-25
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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、控制性能優良等優點，在中小容量調速系統和高精度調速場合發展迅速。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象，且其控制系統是一個強非線性、時變和多變量系統，要實現高精度調速就需對其控制策略進行深入研究。 永磁同步電機調速系統中，位置傳感器的存在使得系統成本增加、結構復雜、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。本文擬借助于神經網絡良好的逼近能力，實現永磁同步電機的無位置傳感器控制。 人工神經網絡(Neural Network)可以逼近任意復雜非線性映射，具有很強的自學習自適應能力，十分適合于解決復雜的非線性控制問題。其中，BP神經網絡是目前廣泛應用的神經網絡之一，得到了較為深入的研究，其結構簡單，需要離線確定的參數少、泛化能力強、逼近精度高、實時性強，采用BP神經網絡實現永磁同步電機的調速控制具有重要意義。 文中提出了基于BP神經網絡的永磁同步電機自適應調速控制策略，建立了一種包含辨識網絡和控制網絡的雙神經網絡結構控制系統。辨識網絡在線動態辨識系統輸出并對控制網絡參數進行調整，控制網絡與PI控制方法相結合實現永磁同步電機自適應轉速控制。仿真結果表明，該系統動態響應快、實時性較強、精度較高。 文中提出了一種基于混合訓練算法的BP神經網絡永磁同步電機無位置傳感器控制方法。采用混沌優化和梯度下降法相結合的混合算法對BP神經網絡進行離線訓練后，將其用于永磁同步電機的轉子位置角在線估計。結果表明，該訓練算法可以有效地加快神經網絡收斂速度，且估計的轉子位置角誤差較小、精度較高。 文中建立了以TMS320F2812芯片為核心的永磁同步電機調速控制系統，并進行了相應的軟硬件設計，為實現永磁同步電機的各種控制策略奠定了實驗基礎。DSP控制系統為神經網絡訓練提供樣本，為研究永磁同步電機的自適應調速控制和轉子位置角估計創造了條件。
上傳時間： 2013-07-03
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電子式互感器與傳統電磁式互感器相比，在帶寬、絕緣和成本等方面具有優勢，因而代表了高電壓等級電力系統中電流和電壓測量的一種極具吸引力的發展方向。隨著信息技術的發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；越來越多的新技術被引入到電子式互感器設計中，以提高其工作可靠性，降低運行總成本，減小對生態環境的壓力。本文圍繞電子式互感器實用化中的關鍵技術而展開理論與實驗研究，具體包括新型傳感器、雙傳感器的數據融合算法、數字接口、組合式電源、低功耗技術和自監測功能的實現等。 目前電子式電流互感器(ECT)大多數采用單傳感器開環結構，對每個環節的精度和可靠性的要求都很高，嚴重制約了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)空心線圈及其數字積分器，在此基礎上設計了一種基于LPCT和PCB空心線圈的組合結構的新型電流傳感器。該結構具有并聯的特點，結合了這兩種互感器的優點，采用數據融合算法來處理兩路信號，實現高精度測量和提高系統可靠性，并探索出辨別LPET飽和的新方法。試驗和仿真結果表明，這種新型電流傳感器可以覆蓋較大的電流測量范圍，達到IEC 60044-8標準中關于測量(幅值誤差)、保護(復合誤差)和暫態響應(峰值)的準確度要求，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、結構和輸出信號等方面與傳統的電壓互感器有很大不同，本文設計了一種可替代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。測試結果表明，設計的10kV精密電阻分壓器的準確度滿足IEC 60044-7標準要求，可達0.2級。 電子式互感器的關鍵技術之一是內部的數字化以及其標準化接口，本文以10kV組合型電子式互感器為對象設計了一種實用化的數字系統。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據融合算法的LPCT和PCB空心線圈的組合結構。本文首先解決了互感器間的同步與傳感器間的內部同步問題，進而依照IEC61850-9-1標準，實現了組合型電子式互感器的100M以太網接口。 電子式電流互感器在高電壓等級的應用研究中，ECT高壓側的電源問題是關鍵技術之一。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)，直接從高壓側母線電流中獲取電能。在取電CT和整流橋之間設計一個串聯電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應電壓并限制了取電CT的輸出電流，起到了穩定電壓和保護后續電路的作用。激光電源方案以先進的光電轉換器、半導體激光二極管和光纖為基礎，單獨一根上行光纖同時完成供能和控制信號的傳輸，在不影響光供能穩定性的情況下，數據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。作為綜合應用實例，設計并完成了以LPCT為傳感器、由組合電源供能、采用低功耗技術的高壓電子式電流互感器。互感器高壓側的一次轉換器能夠提供兩路傳感器數據通道，并且具有溫度補償和采集通道的自校正功能，在更寬溫度、更大電流范圍內保證了極高的測量精度：互感器低電位端的二次轉換器具有數字和模擬接口，可以接收數據并發送命令來控制一次轉換器，包括同步和校正命令在內的數據信號可以通過同一根供能光纖傳送到一次轉換器。該互感器具有在線監測功能，這種預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。系統測試表明：具有低功耗光纖發射驅動電路的一次轉換器平均功耗在40mw以下：上行光纖中通信波特率可以達到200kb/s，下行光纖中更是高達2Mb/s；系統準確度同時滿足IEC6044-8標準對0.2S級測量和5TPE級保護電子式互感器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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電力系統頻率性能是電力系統主要評價指標之一，維持系統頻率穩定對用戶端和發電端設備具有重要意義。正常運行時電力系統的頻率應保持在.50±0.2Hz范圍內，電網頻率若超出該范圍將對用戶端和發電端設備產生不利影響，例如使異步電動機超過或低于額定轉速，從而對設備或產品造成不利影響。 先前，由于采用相對落后的A標準和聯絡線控制模式，為了遵守A標準而避免功率反調和控制無意交換電量避免被罰款，各控制區域對本區域內發電廠的一次調節性能不很關注，也沒有相應的評價標準和管理規定，甚至出于自身利益的考慮允許發電廠將其一次調節功能予以閉鎖。 CPS標準的實施，聯絡線控制模式采用先進的TBC模式，一次調節性能成為影響各控制區域評價指標好壞的因素之一。各控制區域對本區域內電廠一次調節能力開始關注，其調節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。該指標依據電網頻率和電廠功率這兩個隨機變量之間的相關系數來定量分析調節是否對頻率的恢復有利。這個新的考核指標有如下的特點：第一，這是一種基于概率的用長期的實時數據累計反映機組一次調頻能力的指標；第二，它能正確反映發電機組的一次調頻投切狀態及調節能力。 通過matlab仿真表明，前期工作所提出的新指標對發電機組的各項指標是有效的，然而前期工作所提出的新指標尚有數個問題需要解決。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。其中關于機組一次功率的獲取由于機組在執行二次調節時是一二次聯合動作的，而且最終的動作執行者同為汽輪機的進氣閥門(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解的目標曲線出發，并做出適當調整，得到所需的一次功率。在指標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系統的壞數據這三方面的影響，綜合設定一個較為合理的時間長度。
上傳時間： 2013-07-03
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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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超聲波電機（Ultrasonic Motor，簡稱USM）是近二十年來發展起來的一種新原理微型電機，該類電機不同于傳統的電磁感應電機，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動，借助彈性體諧振放大，通過摩擦耦合使運動體產生旋轉或直線運動。這種電機具有結構緊湊、響應快、低速大力矩、不受電磁干擾、斷電自鎖等優點，在微型機械、機器人、精密儀器、家用電器、汽車、航空航天等方面有著廣泛的應用前景。 二十多年來超聲波電機的研究取得了很大的進展，有些機型已經逐步產業化。為了適應超聲波電機推廣應用和產業化發展的需要，必須加強電機驅動控制技術的研究工作。目前，小型化、通用化、高性能的驅動電源和簡單、實用的控制技術已成為國內外研究的熱點。本文總結了國內外關于超聲波電機的驅動控制技術以及其驅動電源的設計理論與經驗，分析了電機的阻抗特性及其諧振頻率漂移的影響因素。在此基礎上，本文提出了基于保持電機驅動電壓、電流間相位差恒定不變的頻率跟蹤方法，設計了一種新型的超聲波電機驅動電源。 本文開展的主要研究工作如下： （1）簡要介紹了超聲波電機的基本原理、獨特優點、發展歷史以及本論文的選題意義和主要內容。 （2）分析了超聲波電機的阻抗特性，在此基礎上研究了電機頻率漂移的原因及不利影響，總結了各種實現頻率跟蹤的方法。 （3）在理論分析的基礎上，提出了基于保持超聲波電機驅動電壓、電流間相位差恒定不變的頻率跟蹤方法，該方法可以由鎖相環CD4046實現。 （4）對所設計的超聲波電機驅動電源進行實驗，從實驗結果可知該電源能夠有效地驅動電機，并且頻率跟蹤的效果較好，電機轉速的變化可穩定在4％左右。
上傳時間： 2013-06-27
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近年來，隨著工農業的迅速發展，世界能源消耗速度急劇增加。因此，新能源和節能技術的開發已經成為世界各國科技工作者的當務之急。而機車制動能量回收系統是目前國內外節能技術方面研究的熱點之一。 超級電容作為一種新型電荷儲能元件，具有大容量、大電流快速充放電、壽命長和無污染等特性。這些獨特的優點使其在儲能和能量回收方面有著廣闊的應用前景。但是由于超級電容單體電壓的差異，如不對其進行實時檢測，在使用過程中將對整個組件的性能造成極大的影響。另外對超級電容內部特性的不了解也會對其使用造成障礙。 對超級電容電壓檢測方案的研究和對超級電容時域模型的研究，將為超級電容的電壓均衡方案和超級電容的電參數分析提供支持，從而為整個能量回收系統的控制策略提供理論依據。因此以上兩方面的研究將是整篇論文的核心內容。 本文采用模塊化的設計理念，提出了一種兼顧均壓的新型電壓檢測方案。在軟件設計方面，對電壓檢測系統的軟件架構進行分析，利用LabVIEW和ZLGCAN驅動函數包設計了友好的上位機軟件監控界面。本文利用誤差理論相關知識，對超級電容電壓檢測電路的誤差精度進行了詳細分析。 本文對兩種超級電容時域模型進行建模和參數推導，并通過試驗驗證了所建模型的正確性。
上傳時間： 2013-05-16
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在傳統的直線驅動場合，都是由旋轉電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構轉換為直線運動。這樣的設置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產生的噪聲也非常明顯，同時也給系統的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉化為直線運動的能力，直線電機已經在機床驅動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統的旋轉電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經過孕育、實驗、開發和實用這四個階段的發展，并借助于電力電子技術，以及日漸成熟的直線電機控制技術，直線電機已經廣泛應用到了制造業、交通運輸業等各個方面。 與旋轉電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業；后兩者則被應用在需要連續和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結構也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內仍缺乏系統化的永磁直線同步電機設計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統的旋轉電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發現這樣的設計思路的表現并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設計，這就給電機的系列化設計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設計任務的基礎上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統方案也更平穩。體現了該設計方案的優越性。
上傳時間： 2013-06-29
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開發與利用新能源是我國21世紀的重要能源戰略。風能是一種“取之不盡，用之不竭”、環境友好的可持續性能源，已受到了越來越廣泛的重視，并成為發展最快的新型能源。但是風電具有間歇性和隨機性的固有缺點，隨著大量的風力發電接入電網，勢必會對電力系統的安全、穩定運行以及保證電能質量帶來嚴峻挑戰，從而限制風力發電的發展規模。風電場短期風速和發電功率預測是解決該問題的有效途徑之一。中國的風電場大都是集中的、大容量的風電場，而且處于電網建設相對比較薄弱的地區，因此，中國更需要進行風電場短期風速和發電功率預測的研究，而發電功率的預測主要源自風速的預測。在此背景下，選擇風電場短期風速預測方法作為主要研究內容，主要包括以下幾個方面： 首先運用統計學方法來分析風速的時間序列特性及其預測方法和應用特點，說明現實中的風速序列具有很強的非平穩性。然后運用具有“數字顯微鏡”之美譽的小波變換來分析歷史紀錄的風速數據，通過運用二進正交小波變換Mallat算法對香港和河西走廊地區風速序列進行分解和重構，分離出風速序列中的低頻信息和高頻信息。對Mallat算法分解后的信號，運用最小二乘支持向量機分別進行向前一步預測，然后再把各預測結果合成，得到預測值。建立了基于小波變換和最小二乘支持向量機的短期風速預測方法。應用Matlab對該算法進行了仿真，仿真試驗表明，小波變換是非平穩風速序列時頻分析的有效工具，對風速序列的高頻和低頻信息起到很好的分離作用；最小二乘支持向量機的應用提高了預測的準確性。應用香港地區與河西走廊地區小時平均風速歷史數據，驗證了方法的有效性。
上傳時間： 2013-04-24
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