隨著電力電子技術的發展，高速永磁無刷直流電機應用前景越來越廣闊，有較大的研究價值，對其電磁性能進行準確的分析和設計具有重要的經濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機，尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優化設計、控制系統和樣機制造和實驗等做了大量的工作： 對電機的磁路進行分析設計：從磁路結構入手，分析了定子鐵芯、轉子鐵芯和永磁體的各種結構優劣及其選型、選材的根據；講述了場路結合的分析計算方法；給出了極數、槽數、繞組、轉子參數、定子參數和軸承的參數確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析：從電機磁場分析入手，根據齒磁通分析計算了電樞繞組的感應電動勢；根據此電動勢的波形，推導了三相六狀態控制時，電動勢的電路計算模型，重點推導了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型，指出換相前電流波形出現尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機性能的影響；給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內的損耗尤其是鐵耗較大，根據經驗系數來計算鐵耗的傳統方法已顯得力不從心，如何準確計算高速永磁無刷直流電機內的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題，本文根據Bertotti鐵耗分立計算模型，進一步推導了考慮電機內旋轉磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型，其各項損耗系數是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數據通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試，表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內損耗的增大，溫升也是一個重要問題，為了了解電機內的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網絡法永磁無刷直流電機的溫升計算模型，并對電機進行了溫升計算，計算結果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法，建立了優化設計的數學模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優化，給出了優化算例，并做出樣機，通過對優化前后的方案做出樣機并進行比較實驗，優化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統中的幾個關鍵問題進行了研究：位置檢測技術、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統換相角問題，它們都對電機的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機中的安裝應用；功率管壓降對起動電流、功率的影響問題；控制系統提前或滯后換相對電機電流，輸出性能的影響，提出適當提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究，主要包括高速永磁無刷直流電機、內置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構了對樣機進行發電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺，通過在測試時使用假轉子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗，實驗測量結果和計算結果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機的設計理論和分析方法，并通過樣機的制造和實驗，進一步的驗證了這些理論和方法的準確性，這對永磁無刷直流電機的設計和應用有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題的研究工作主要圍繞機床用永磁交流伺服電動機設計展開，所做的主要工作包括以下幾個部分： 首先，釹鐵硼永磁材料導電率較高、耐熱性能較差，當電機氣隙磁場諧波含量較大時，永磁體中就會感應出渦流形成渦流損耗導致永磁體發熱。因此，有必要對轉子永磁體內的渦流進行計算和分析。本文分析了永磁同步電動機轉子永磁體內渦流產生的原因，建立渦流的數學模型并推導出永磁體渦流損耗的計算公式。用ANSOFT有限元軟件建立電動機的物理模型進行電磁場求解，結合路的計算公式算出永磁體的渦流損耗。 其次，運行平穩性是伺服電動機的一項重要的性能指標，而轉矩波動的大小直接影響運行平穩性。本文分析了機床用永磁交流伺服電動機轉矩波動產生的原因，運用轉矩波動計算公式結合ANSOFT有限元軟件，計算比較相同功率、相同極數不同槽數時，電動機的轉矩波動情況。通過比較計算出的轉矩波動百分比的大小，選擇所設計電動機的極槽配合，以提高機床用永磁交流伺服電動機的運行性能。 最后，完成機床用永磁交流伺服電動機基本結構尺寸以及電磁參數的選取，利用有限元軟件，分析計算氣隙長度變化對失步轉矩倍數和永磁體用量的影響，以及永磁體寬度對氣隙磁密波形的影響，以此合理選擇氣隙長度和永磁體的寬度，使電動機的性能更優良。在上述研究的基礎上，本文設計了一臺0.9kW，8極36槽的機床用永磁交流伺服電動機樣機，并對其性能進行了測試，測試結果表明，電機的性能指標達到了預期的要求，證明了電機設計過程理論分析計算的正確性。
上傳時間： 2013-06-13
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隨著焊接技術、控制技術以及計算機信息技術的發展，對于數字化焊機系統的研究已經成為熱點，本文開展了對數字化IGBT逆變焊機控制系統的研究工作，設計了數字化逆變焊機的主電路和控制系統的硬件部分。 本文首先介紹了“數字化焊機”的概念，分析了數字化焊機較傳統的焊機的優勢，然后結合當前數字化焊機的國內外發展形勢，針對數字信號處理技術的特點，闡明了進行本課題研究的必要性和研究內容。文章隨后列出了整個數字化逆變焊機的設計思路和方案，簡要介紹了數字信號處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點，較為詳細地解釋了以DSP為核心的控制系統設計過程。根據弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號。 逆變焊機的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結構(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡略介紹了主電路的設計要點及元件的選型和參數的計算，并對所設計的主電路進行了Matlab計算機仿真研究。 在控制系統的設計中，采用TI(美國德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點，為弧焊逆變器控制系統真正實現數字化提供了條件。在DSP最小系統、電壓電流采樣調理模塊、保護模塊、鍵盤與顯示模塊等主要模塊的作用下對整個焊接電源進行了實時的閉環控制與焊接過程的實時監控。控制電路采用脈寬調制方式(PWM)進行輸出控制，即：控制IGBT的導通時間來實現焊機輸出功率與輸出特性的控制。設計了專門的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經過“分頻電路”分成兩路后，再經IGBT專用驅動模塊M57959L，進行功率放大后，觸發IGBT。DSP對輸出電流和電弧電壓進行實時采樣，采用離散的PI控制算法計算后，輸出相應的控制量來實時調節IGBT驅動脈沖的脈寬，進而調制輸出電流，達到控制焊機輸出的目的。 經過實驗，得到了相應的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門極驅動的實驗波形，該控制系統基本符合逆變焊機的工作要求。 最后，在對本文做簡要總結的基礎上，對于本逆變焊機的進一步完善工作提出了建議，為數字化焊機控制系統今后更加深入的研究奠定了良好的基礎。
上傳時間： 2013-08-01
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隨著現代科學技術的迅速發展和人們對數據采集技術要求的日益提 高，近年來數據采集技術得到了長足的發展，主要表現為精度越來越高， 傳輸的速度越來越快。但是各種基于ISA、PCI 等總線的數據采集系統存 在著安裝麻煩、受計算機插槽數量、地址、中斷資源的限制、可擴展性 差等缺陷，嚴重的制約了它們的應用范圍。USB 總線的出現很好的解決了 上述問題，它是1995 年INTEL、NEC、MICROSOFT、IBM 等公司為解決傳 統總線的不足而推出的一種新型串行通信標準。為了適應高速傳輸的需 要，2004 年4月，這些公司在原來1.1 協議的基礎上制定了USB2.0 傳輸 協議，使傳輸速度達到了480Mb/s。該總線具有安裝方便、高帶寬、易擴 展等優點，已經逐漸成為現代數據采集傳輸的發展趨勢。 以高速數字信號處理器（DSPs）為基礎的實時數字信號處理技術近 年來發展迅速，并獲得了廣泛的應用。TMS320C6713 是德州儀器公司 （ Texas Instrument ） 推出的浮點DSPs ， 其峰值處理能力達到了 1350MFLOPS，是目前國際上性能最高的DSPs 之一。同時該DSPs 接口豐 富，擴展能力強，非常適合于做主控芯片。 基于TMS320C6713 和USB2.0，本文設計了一套多路實時信號采集系 統。該設計充分利用了高速數字信號處理器TMS320C6713 和USB 芯片 CY7C68001 的各種優點，實現了傳輸速度快，采樣精度高，易于擴展，接口簡單的特點。在本文中詳細討論了各種協議和功能模塊的設計。本文 的設計主要分為硬件部分和軟件部分，其中硬件部分包括模擬信號輸入 模塊，AD 數據采集模塊，USB 模塊，所有的硬件模塊都在TMS320C6713 的協調控制下工作，軟件部分包括DSP 程序和PC 端程序設計。總的設計 思想是以TMS320C6713為核心，通過AD 轉換，將采集的數據傳送給 TMS320C6713 進行數據處理，并將處理后的數據經過USB 接口傳送到上位 機。
上傳時間： 2013-04-24
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本文對高性能、大容量可調AC-DC直流開關電源進行了研究。文章詳細分析了高性能、大容量可調AC-DC直流開關電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的詳細設計方案。在此基礎上，完成了整個系統的硬件電路設計和軟件程序的編制，并對電源裝置的硬件和軟件進行了調試和修改。在分析原理的基礎上，本文從三相橋式不控整流、全橋變換器、高頻變壓器、濾波電路等環節對該系統的主電路進行了闡述，同時探討了該電源系統實現大容量的解決方案，即采用多個電源模塊并聯運行。本文還探討了多個電源模塊并聯運行時的自動均流技術,并詳細介紹了基于平均值的自動均流電路。在電壓調節環節上，詳細分析了基于SG1525控制芯片的PWM控制電路。本文研制的直流開關電源具有輸出電壓可調、輸出電流大、紋波小等特點，而且還具有換檔、遠程控制等功能。它主要用于各種直流電機性能測試，實驗結果表明它基本達到設計要求，從而驗證了理論分析的正確性，具有廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-07-31
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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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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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隨著信息技術的飛速發展，數據吞吐量急劇增長，要求有更高的傳輸速度，來滿足大量數據的傳輸，而原有的并行數據傳輸總線結構上存在自身無法克服的缺陷，在高頻環境下容易串擾，而增大誤碼率。SATA串行總線技術應運而生。作為一種新型的總線接口，它提供了高達3.0Gbps的數據傳輸速率，使用8B/10B編碼格式，采用LVDS NRZ串行數據傳輸方式，有良好的抗干擾性能，有更強的達到32位的循環冗余校驗，并且提供了良好的物理接口特性，支持熱拔插，代表著計算機總線接口技術的發展方向。FPGA作為一種低功耗的半導體器件，在高頻工作環境中有優良的性能，將處理器與低功耗FPGA結合起來使用是數據存儲應用的趨勢，這樣能夠使得接口方案更加靈活。而在眾多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平臺內部集成了PowerPC高性能處理器，并且其中提供了Rocket IO MGT這種嵌入式的多速率串行收發器，能夠以6.25-622Mb/s的速度傳送數據，并且支持包括SATA協議在內的多種串行通信協議。 本文從物理層、鏈路層、傳輸層分析了SATA1.0技術的接口協議，在此基礎提出滿足協議需求和適合FPGA設計的設計方案，并給出總體設計框圖，依照FPGA的設計方法，采用Xilinx公司的Virtex-4設計了一個符合SATA1.0接口協議的嵌入式存儲裝置，實現數據的存儲，仿真運行結果正常。
上傳時間： 2013-04-24
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雙向DC/DC變換器（Bi-directionalDC/DCconverters）是能夠根據需要調節能量雙向傳輸的直流/直流變換器。隨著科技的發展，雙向DC/DC變換器的應用需求越來越多，正逐步應用到無軌電車、地鐵、列車、電動車等直流電機驅動系統，直流不間斷電源系統，航天電源等場合。一方面，雙向DC/DC變換器為這些系統提供能量，另一方面，又使可回收能量反向給供電端充電，從而節約能量。 大多數雙向DC/DC變換器采用復雜的輔助網絡來實現軟開關技術，本文所研究的Buck/Boost雙向的DC/DC變換器從拓撲上解決器件軟開關的問題；由于Buck/Boost雙向DC/DC變換器的電流紋波較大，這會帶來嚴重的電磁干擾，本文結合Buck/Boost雙向DC/DC變換器拓撲與磁耦合技術使電感電流紋波減小；由于在同一頻率下不同負載時電流紋波不同，本文在控制時根據負載改變PWM頻率，從而使輕載時的電流紋波均較小。 本文所研究的雙向DC/DC變換器采用DSP處理器進行控制，其原因在于：目前沒有專門用于控制該Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制芯片，而DSP具有多路的高分辨率PWM，通過對DSP寄存器的配置可以實現Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制PWM；DSP具有多路高速的A/D轉換接口，并可以通過配合PWM完成對反饋采樣，具備一定的濾波功能。 本文所研究的數字雙向DC/DC變換器實現了在Buck模式下功率MOSFET的零電壓開通及零電壓關斷，電感電流的交迭使其電感輸出端電流紋波明顯變小，輕載時PWM頻率的提升也使得電流紋波變小。
上傳時間： 2013-06-08
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電源是電子設備的重要組成部分，其性能的優劣直接影響著電子設備的穩定性和可靠性。隨著電子技術的發展，電子設備的種類越來越多，其對電源的要求也更加靈活多樣，因此如何很好的解決系統的電源問題已經成為了系統成敗的關鍵因素。 本論文研究選取了BICMOS工藝，具有功耗低、集成度高、驅動能力強等優點。根據電流模式的PWM控制原理，研究設計了一款基于BICMOS工藝的雙相DC-DC電源管理芯片。本電源管理芯片自動控制兩路單獨的轉換器工作，兩相結構能提供大的輸出電流，但是在開關上的功耗卻很低。芯片能夠精確的調整CPU核心電壓，對稱不同通道之間的電流。本電源管理芯片單獨檢測每一通道上的電流，以精確的獲得每個通道上的電流信息，從而更好的進行電流對稱以及電路的保護。 文中對該DC-DC電源管理芯片的主要功能模塊，如振蕩器電路、鋸齒波發生電路、比較器電路、平均電流電路、電流檢測電路等進行了設計并給出了仿真驗證結果。該芯片只需外接少數元件就可構成一個高性能的雙相DC-DC開關電源，可廣泛應用于CPU供電系統等。 通過應用Hspice軟件對該變換器芯片的主要模塊電路進行仿真，驗證了設計方案和理論分析的可行性和正確性，同時在芯片模塊電路設計的基礎上，應用0.8μmBICMOS工藝設計規則完成了芯片主要模塊的版圖繪制，編寫了DRC、LVS文件并驗證了版圖的正確性。所設計的基于BICMOS工藝的DC-DC電源管理芯片的均流控制電路達到了預期的要求。
上傳時間： 2013-06-06
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