随着新型电力电子器件的不断涌现和计算技术的不断发展,高性能的异步电动机调速系统得到了广泛的应用.而高压变频调速是近几年刚刚开始应用的一种高新技术,不仅解决了大功率风机、水泵的软起动和调速问题,而且节能显著,具有较大的应用市场和广阔的发展空间.该文首先对高压变频调速存在的对电网、电机和用电设备产生电磁污染的问题进行认真的分析,并针对高压变频调速系统存在的问题,根据增加电压矢量种类,能降低高压交流电输出谐波的原理,采用了功率单元串联的方法,设计出一种适用于风机和水泵调速的新型拓扑结构的高压变频器,供给普通异步电动机做调速驱动.测试结果表明,这种新型变频器的输出电压波形符合实际的要求,解决了由于高压变频调速由于输出谐波引起的电磁污染问题.该变频器的拓扑结构复杂,主控制器的计算繁琐、数据传输量大和控制难度高.为了得到良好的控制性能,该文结合同类产品,设计出以双DSP(TM320F240)为核心的主控制器和系统总控制结构,同时给出了控制系统的软件流程图.最后,举例说明功率单元串联的新型高压变频器在风机上应用,论证了该高压变频调速系统的经济效益和社会效益以及广阔的应用前景.
上传时间： 2013-07-26
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水位计广泛应用于水利、石油、化工、冶金、电力等领域的自动检测和控制系统中.本文设计的智能水位计是吸收了国内外最新智能化仪表的设计经验,采用工业控制单片机,集水位采集、存储、显示及远程联网于一体,适用于各种液位及闸门开度的测量.它具有高精度、高可靠性、多功能和智能化等特点.针对研制任务的要求,课题期间研制了下位机系统硬件和软件,开发了上位机监控软件,其中所作的具体工作包括:测量原理的研究和在系统中的实现,在本次设计中用三种方法来进行水位测量,分别是旋转编码器法、液位压力传感器法和可变电阻器法;主控芯片的选择,我们选用了高集成度的混合信号系统级芯片C8051F021;实现了信号的采集和处理,包括信号的转换和在单片机内的运算;高集成度16位模数转换芯片AD7705在系统中的应用,我们完成了它与单片机的接口设计及程序编制任务;精确时钟芯片DS1302在系统中的应用,在此,我们实现了用单片机的I/O口与DS1302的连接和在软件中对时序的模拟,该芯片的应用给整台仪器提供了时间基准,方便了仪器的使用;另外,针对研制任务的要求,还给系统加上了一路4~20mA模拟信号电流环的输出电路来提供系统监测,该部分的实现是通过采用AD421芯片来完成的,本设计中完成了AD421与单片机的SPI接口任务,协调了它与AD7705芯片和单片机共同构成的SPI总线系统的关系,并完成了程序设计;与上位机的通信接口设计,该部分通过两种方法实现:RS232通信方式和RS485通信方式;系统设计方面还包括报警电路设计、操作键盘设计、电源监控电路设计、电压基准电路的设计.在硬件设计的基础上,对系统进行了软件设计,软件部分包括下位机单片机程序的设计和上位机监控软件的设计.在软硬件充分结合的情况下,实现了系统设计要求,很好地解决了以往的水位计中存在的问题,达到了高精度水位测量仪器的各项标准.
标签： 水位计
上传时间： 2013-06-20
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随着中国经济的迅速发展,能源问题在当今社会中受到越来越多的关注.能量回馈系统可以在减缓矛盾方面发挥重要作用,无论在减少能源的浪费方面或是在新能源的利用开发上.主要运用在功率电子负载、分布式发电和电机制动能馈等场合.该文主要研究了能量回馈系统.电力电子的逆变技术是能量回馈系统的核心部分,该文讲述了电压型逆变电路和电流型逆变电路在能量回馈系统中的工作实现原理.电压型逆变电路是该文的重点,针对中国电网的形式,对单相和三相逆变电路作了分析,讨论了几种控制策略的选择,提出间接电流控制中相位幅值分别控制方法和直接电流控制中滞环控制方法在逆变器并网中的实现意义.电流型有源逆变利用移相调节,适合大功率场合.文章的最后部分比较分析电流型和电压型电路的性能特点.数字化是控制领域发展的趋势,在具体实现能量回馈系统的过程中,该文也充分运用数字式控制方式.在电流型逆变系统中,运用可编程序控制器(PLC)作为控制核心,并在MCGS组态平台实现和工控机的通讯.在电压型逆变系统中,将数字信号处理器(DSP)作为控制中心,实现外围电路工作及其控制.在以上基础上,分别研制了一台大功率晶闸管电流型有源逆变器和一台电压型并网逆变器.
上传时间： 2013-06-20
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随着电力电子技术进一步发展,交流电动机的变频调速系统已被公认为近代交流调速中性能最优越的一种电力拖动系统.然而,随着电动机变频调速技术的发展,谐波污染问题也逐步显现.为了消除谐波,节能降耗,研究者做了大量的研究和分析.目前,在三相感应电动机变频调速系统中,对于整流过程所产生的谐波,已有过大量的分析和计算,并且研究出了精确的滤波方法,使整流部分输出电压近似为直流电压.而对于逆变过程产生的谐波,大多只是定性分析,很少有定量计算的文献出现.该文首先对SPWM控制技术从原理上进行了详细的描述,指出了谐波问题的研究方向和谐波研究的意义.然后针对逆变器-电动机系统,利用贝塞尔函数和傅里叶级数理论,分别对单相二阶SPWM逆变器和三相SPWM逆变器的输出电压谐波的产生、大小和分布进行了细致而具体的分析和计算.通过计算所得到的结果,以图文的形式对谐波问题进行了分析,得出了相应的结论,并且对影响SPWM输出电压谐波频谱分布的因素进行了详细的讨论.该文还讨论了谐波对感应电动机绕组磁动势、旋转磁场的转差率、转矩以及铜耗的影响,为感应电动机变频调速系统的设计、电机供电电压谐波分析及附加损耗计算提供了参考.该文最后利用MATLAB软件的SIMULINK中的电力系统库,建立SPWM逆变电路的仿真模型.通过仿真,不但验证了数学理论推导的正确性,而且为电力电子电路和电机变频调速系统的设计提供了一种很好的仿真方法.
上传时间： 2013-06-28
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直流电动机具有运动效率高和调速性能好等诸多优点,但传统的直流电动机均采用电刷,以机械方法进行换向,因而存在致命弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而限制了它的应用范围.近年来随着永磁材料、现代电力电子技术、计算机技术和现代控制理论的迅猛发展而成熟起来的永磁无刷直流电动机(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有体积小、重量轻、效率高、噪音低且可靠性高的特点,因而得到了广泛的应用.该文研究的对象是由两套三相无刷直流电动机组成的六相无刷直流电动机,每套绕组三相对称,两套绕组对应相之间相差30°电角度.重点研究六相无刷直流电机的转矩特性和系统的可靠性.在分析无刷直流电动机电磁转矩产生原理的基础上,阐述了三相无刷直流电动机转矩脉动的原因,在此基础上提出六相无刷直流电动机.分析结果表明,六相无刷直流电动机的转矩特性优于三相无刷直流电机,并且系统的可靠性也较高.该文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析,建立了三相和六相无刷直流电动机的数学模型.并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相和六相无刷直流电动机的系统仿真模型.该系统仿真模型采用双闭环控制,内环为电流环(采用滞环调节),外环为速度环(采用PI调节).对所得的仿真结果进行分析,表明与理论分析相吻合,证明了六相无刷直流电动机仿真模型的正确性.对两套绕组可能出现的故障进行仿真分析,结果表明六相无刷直流电动机具有较强的容错能力.由此得出结论,该文提出的六相无刷直流电动机方案是可行的.由于绕组在电机的结构中占有相当重要的位置,该文利用槽号相位表,设计了三相和六相无刷直流电动机的绕组.对槽号的分配,线圈的连接作了详细地说明.该文还对三相和六相无刷直流电动机定子绕组的磁势进行了谐波分析,分析结果表明了六相无刷直流电动机定子绕组的磁势高次谐波含量要少于三相无刷直流电动机.
上传时间： 2013-07-13
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永磁无刷直流电动机是一种先进的集电力电子变换器与永磁电机本体于一体的机电一体化系统,它既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的一系列优点,又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的诸多特点.正是由于这些原因,自上世纪末起,逐渐形成永磁无刷直流电机的研究热潮.在此背景下,本文以此为课题,对永磁无刷直流电机系统进行了一些理论分析和实践应用.本文首先在综合国内外有关文献的基础上,分析了永磁无刷直流电机的发展历程、现状和趋势,提出了目前存在的一些问题.介绍了永磁无刷直流电机的结构和运行原理,推导出永磁无刷直流电机的数学模型.针对永磁无刷直流电机的转矩脉动,本文详细分析了各种调制斩波方式对注入电机电流以及转矩脉动的影响,比较分析各种斩波方式下系统运行情况,提出一种有利于减少转矩波动的斩波方式.同时,本文还提出了一种回馈制动的方式,进一步提升系统性能,节约能源.在大型永磁电机磁极设计中,通常采用多块磁钢来组成励磁磁极.考虑到磁钢本体的分散性和加工误差,本文从工程实际应用出发,提出了一种磁钢优化配置方法,保证每个磁极中各段磁钢产生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,从电机本体设计角度上提高系统性能.本文在理论分析基础上,以单片机和功率智能模块为硬件平台,实现了一套多相永磁无刷直流电机系统.针对理论分析,进行了各种方案的比较分析,经过试验结果和仿真分析结果,进一步支持了论证了理论分析正确性和实用性.同时,对于实际应用中的一些问题,本文也做了一些工作,提出一些分析和改进.
上传时间： 2013-08-04
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变电站是电力系统的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工作性能。现在的变电站有三种运行模式：一种是常规变电站，一种是部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站，再有一种是实现无人值班、全面微机化的综合自动化变电站。在常规变电站中，其继电保护、中央信号系统、变送器、远动及故障录波装置等所有二次设备都是采用传统的分立式设备，而且站内配备大量控制、保护、记录用屏盘。使装备设置复杂，占地面积大，日常维护管理工作繁重。这种常规变电站的一个致命弱点是不具备自诊断能力，对二次系统本身的故障无法监测。因此，这种常规变电站已逐渐被淘汰。 要提高变电站运行的可靠性及经济性，一个最有效的方法就是提高变电站运行管理的自动化水平，实现变电站的综合自动化，以微机化的新型二次设备取代传统使用的分立式设备。开发集保护、控制、监测及远动等功能为一体的新型设备，并实现设备共享、信息资源共享，使变电站设计简捷、布局紧凑，运行更加可靠安全。 随着微型计算机技术、集成电路技术的迅速发展，原来越多的新技术和新产品应用到变电站的二次设备中去，使变电站的二次设备得到不断的更新换代。该项研究把一种新型的低压电能量测量芯片与高性能的数字信号处理器(DSP)结合起来，利用DSP体积小、功能强、功耗低、速度快、性价比高等优点，设计出新型的变电站线路测控单元，实现对高压线路的测量、监视和控制，这种新型的二次设备比传统的二次设备具有更高的精度和更快的相应速度。 与此同时，网络理论和技术的发展，也使变电站监控系统的结构发生了很大的变化，由原来的集中控制型逐步过渡到功能分散、模块化的分散网络型，通过现场总线，使主控室和现场之间的联系变成了串行通信联系，从而提高的系统的可靠性和可维护性。CAN总线应用于变电站的监控系统中，组成变电站的数据通信网络，可以提高系统的抗干扰能力和容错能力。 该文就以上的两个方面进行研究和设计，主要内容包括：一是在简单介绍新型电能测量芯片和DSP的基本知识的基础上，提出了一个变电站测控单元的设计方案，并从从硬件和软件两个方面进行了详细的介绍，主要部分是对测量模块的设计；二是系统的通信接口模块设计，从硬件和软件方面详细的介绍了通信模块的三种不同的通信接口的设计，分别是RS-232串行通信、RS-485总线通信、CAN总线通信；三是在分析现代测控系统发展历史，指出了现场总线测控系统的优越性；四是设计出的测控系统单元的基础上，利用CAN现场总线构建变电站的综合监控系统。 该文提出的方案、技术以及结论对于变电站监控系统和自综合动化系统的研究开发、工程设计都具有实际的参考意义。
上传时间： 2013-04-24
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传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。 模糊控制器具有鲁棒性好、抗干扰能力强的优点。论文提出了基于转速环模糊逻辑控制理论的直流无刷电机的控制系统设计方案，保证了伺服控制系统具有优良的静动态特性，因而满足更多应用场合的需要。 论文具体包括以下几个部分工作： 首先，从电机本体和控制角度出发，阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题：电磁转矩脉动。详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因，特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。 其次，本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析，建立了三相无刷直流电动机的数学模型。并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统(转速—电流双闭环控制)。为了提高系统的静动态特性，转速外环采用模糊PI调节器，电流内环采用PI调节器。转子位置通过直流无刷电机感应电势检测，仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合，从而证明了模型的有效性。 然后，初步设计了伺服系统的实验图。以TI公司生产的TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)作为整个控制电路的核心芯片，一台40w的直流无刷电机作为被控对象，完成了伺服系统的转速控制。 最后，对未来的工作给予了展望，并对全文的内容进行了总结。
上传时间： 2013-04-24
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动力传动中的直线往复运动往往是通过旋转运动在传动装置的作用下实现的。因此，频繁的高速和低速的传递运动装置的较好选择是直线开关磁阻电机(LSRM)。但是，这种电机很少得到运用，这是因为LSRM的数学模型很难准确建立，它的固有的牵引力脉动(类似于旋转开关磁阻电机的转矩脉动)也很难克服，因而控制起来比较困难。随着电力电子技术和数字技术的发展，直线开关磁阻电机以其简单结实的电机结构、优越的性能和经济指标，近年来受到学术界的极大关注，不少大学和研究机构都开展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通过先进的控制策略简化机械装置”的指导思想下，结合目前国际学术界的最新研究成果，对直线开关磁阻电机的理论、结构设计和系统仿真进行了一系列的研究。 本文从最基本的理论公式推导出直线开关磁阻电机的数学模型，并在此基础上结合具体参数进行电机的结构设计，分析了各参数的静态特性，推导出动态方程和传递函数，建立了非线性动态模型，利用该模型进行系统的动态特性分析，给出仿真结果；对系统进行优化，提出了一种简单可行的参数选择方法。仿真结果表明，其动态响应性能明显提高。在分析常用功率变换器的基础上，引进软开关技术，用来降低电机的损耗和脉动。采用TMS320VC33进行数据处理，给出了与DSP相连接的相关检测电路。 为了降低和消除开关磁阻电机的脉动和噪声，本文利用滑模变结构控制具有快速响应和对外部变化不灵敏等优点，设计了LSRM滑模变结构控制系统。仿真结果表明，其效果明显。 本文研究的目的在于把直线电机的结构和开关磁阻电机的原理和控制方式结合起来，对直线开关磁阻电机进行深入的分析，并在动态特性上进行较多的理论和仿真分析，在保持开关磁阻电机固有的优点上，进一步简化电机的结构，使之能在一些特殊场合使用，以提高整个传动系统的效率。 研究结果表明，直线开关磁阻电机的结构十分简单，控制策略相对成熟，因而直线开关磁阻电机的研究和推广运用是很有前途的。
上传时间： 2013-06-20
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开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间： 2013-07-05
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