本文在分析干式电力变压器绝缘结构和电场分布特点的基础上，建立了四种电场分析模型：二维和三维高压绕组电场分析模型、二维和三维端部电场分析模型。以SG10型H级绝缘空气自冷干式变压器为具体分析对象，采用ANSYS有限元分析软件对四个电场模型进行了有限元建模，并完成了有限元分析，得出相应的干式电力变压器绝缘的电场强度和分布分析结果。 在深入理解ANSYS有限元分析软件接口的基础上，编写了以APDL参数化语言为基础的命令流程序，并采用C++Builder6.0软件编写了实现模型修改和结果显示的程序，完成了干式电力变压器电场有限元分析系统的开发。应用该软件，用户可以对四个模型的绝缘结构尺寸、介电常数等参数直接进行修改，在调用ANSYS软件进行有限元分析后，可以得到非常直观的相应干式电力变压器绝缘的电场强度和分布结果，包括显示电场的最大电场强度值及其位置，以及用图像方式显示模型的电场强度矢量图利分布云图。本文工作对于研究干式电力变压器的电场分布以及绝缘合理设计具有工程意义。
上传时间： 2013-06-26
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本课题是国家自然科学基金重点资助项目“微型燃气轮机一高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”(50437010)的部分研究内容。高速电机的体积小、功率密度大和效率高，正在成为电机领域的研究热点之一。高速电机的主要特点有两个：一是转子的高速旋转，二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率，由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。本文针对高速永磁电机的机械与电磁特性及其关键技术进行了深入地研究，主要包括以下内容： 首先，进行了高速永磁电机转子的结构设计与强度分析。根据永磁体抗压强度远大于抗拉强度的特点，提出了一种采用整体永磁体外加非导磁高强度合金钢护套的新型转子结构。永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加的静态预压力抵消高速旋转离心力产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。基于弹性力学厚壁筒理论与有限元接触理论，建立了新型高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，计算了永磁体和护套中的应力分布。该种转子结构和强度计算方法已应用于高速永磁电机的样机设计。 其次，进行了高速永磁转子的刚度分析和磁力轴承—转子系统的临界转速计算。基于电磁场理论分析了磁力轴承支承的各向同性，利用气隙静态偏置磁通密度计算了磁力轴承的线性支承刚度，在对高速电机转子结构离散化的基础上建立了磁力轴承—转子系统的动力学方程，采用有限元法计算了高速永磁电机转子的临界转速。利用该计算方法设计的1台采用磁力轴承的高速电机，已成功实现60000r/min的运行。 再次，进行了高速永磁电机的定子设计，提出了一种新型环形绕组结构。环型绕组线圈的下层边放在定子铁心的6个槽中，而上层边分布在定子铁心轭部外缘的24个槽中，不但增加了定子表面的通风散热面积，使冷却气流直接冷却定子绕组，更为重要的是，解决了传统2极电机绕组端部轴向过长的难题，使转子轴向长度大为缩短，从而增加了高速永磁电机转子系统的刚度。 然后，采用场路耦合以及解析与实验相结合的方法，分析计算了高速永磁电机的损耗和温升，并对高速永磁发电机的电磁特性进行了仿真。高速电机的优点是体积小和功率密度大，然而随之而来的缺点是单位体积的损耗大，以及因散热面积小造成的散热困难。损耗和温升的准确计算对高速电机的安全运行至关重要。为了准确计算高速电机的高频铁耗，对定子铁心所采用的各向异性冷轧电工钢片制作的试件，进行了不同频率和不同轧制方向的导磁性能和损耗系数测定。然后采用场路耦合的方法，分析计算了高速电机的定子铁耗和铜耗、转子护套和永磁体内的高频附加损耗以及转子表面的风磨损耗。在损耗分析的基础上，计算了高速电机的温升。最后，设计制造了一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机试验样机，并进行了初步的试验研究。测量了电机在不同转速下空载运行时的定、转子温升及定子绕组的反电动势波形。通过与仿真结果的对比，部分验证了高速永磁电机理论分析和设计方法的正确性。在此基础上，提出一种高速永磁电机的改进设计方案，为进一步的研究工作打下了基础。
上传时间： 2013-04-24
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高中压断路器是电力系统中最重要的开关设备，用高中压断路器保护电力系统至今已经历了一段漫长历史。从最初的油断路器发展到压缩空气断路器，再到目前作为无油化开关的真空断路器和SF6断路器。其中真空断路器以其小型化和高可靠性等优点，已在高中压领域得到愈来愈广泛的应用。作为真空断路器的核心部件，真空灭弧室的研究和开发显得尤为重要。 真空灭弧室的小型化是国外关注的问题，我国很多相关的研究所和高等院校都曾作过不少研制工作，研究的方向是采用各种纵向磁场结构电极的真空灭弧室和寻求新的触头材料。由于纵向磁场结构的电极开断能力强，在额定短路开断电流、设计裕度和工艺水平相同的情况下，纵向磁场的电极比横向磁场的电极小得多。因此，采用纵向磁场结构电极的真空灭弧室可以缩小整体尺寸。 本设计从真空灭弧室的具体模型出发，应用ANSYS8.1的电磁场分析软件，对600A的真空灭弧室触头间的纵磁场进行计算与分析，可得到接近实际的动、静触头电流流向矢量分布图，线圈磁感应强度与线圈几何尺寸的关系，触头开距对磁场分布的影响及电弧在不同位置时的受力分析等。由不同线圈截面积与纵磁磁场强度的关系分布，可得出在分断电流不变的情况下，线圈愈小磁场强度愈强。由触头开距与磁场强度的关系，可见触头间距越小，两触头间越能获得较大的磁感应强度。对真空灭弧室极问磁场分布以及电弧在触头上不同位置受力进行分析，结果表明随着磁感应强度变小，电弧受力也相对的变小。 通过ANSYS仿真分析，为真空断路器灭弧室的设计提供了比较准确的数据资料。进而使产品的设计、开发建立在较为科学的基础上，为产品实际研制提供理论依据。
上传时间： 2013-06-20
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电力变压器的涡流损耗及其在电力变压器中造成的局部过热问题是电力变压器设计计算中的一个关键问题。电力变压器的容量越大，漏磁场就越强，涡流损耗也就越大，以及由涡流损耗造成的局部过热问题也就越突出。因此，如何解决这一问题就显得至关重要。 文中首先介绍了电力变压器涡流损耗与温升计算的意义和目的，并论述了电力变压器漏磁场、温度场问题的国内外研究概况。本文应用电力变压器和有限元的基本理论，使用大型通用有限元分析软件Ansys对变压器的磁场和温度场进行分析与计算。首先建立电力变压器三维分析模型，对电力变压器的三维漏磁场进行准确的计算，得出了绕组及结构件上的磁感应强度分布，并对绕组中的轴向漏磁场及辐向漏磁场进行了分析对比。在此基础上计算了由变压器漏磁场引起的结构件涡流损耗，并把计算结果与实验数据进行了比较，结果基本吻合，说明了计算结果的正确性及用Ansys软件仿真分析的可行性。根据磁场分析的结果给出了减小各结构件漏磁场和涡流损耗的方法，分析了在油箱壁上安装电磁屏蔽和对拉板开槽的作用。 在计算出绕组及结构件中涡流损耗的基础上，对电力变压器进行了磁—流—热耦合场分析，采用间接耦合的方法将磁场得出的焦耳热作为流场分析的载荷，使流场与温度场进行耦合，得出绕组及结构件上的温度场分布。应用相关理论对所得结果进行了分析以及提出了降低温度的方法。论文最后使用VB语言编制了变压器磁场、温度场分析的仿真软件界面，实现了参数化建模，加载，并可以从结果数据库中提出结果数据。
上传时间： 2013-05-22
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高速电机由于转速高、体积小、功率密度高，在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单，因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点，其主要问题在于：（1）转子机械强度和转子动力学；（2）转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗；通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括： 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比，利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗，通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明：3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响，在空载和负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小，转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑，2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量，其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转，11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转，这些谐波分量与转子异步，在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗，是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响，分析表明：永磁体的分块数和透入深度有关，对于本文设计的高速永磁无刷直流电机，当永磁体分块数大于12时，永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗；反之，永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度，在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用，在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明：尽管铜环中会产生涡流损耗，但正是由于铜环良好的导电性，其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量，使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降，整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响，研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小，当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时，转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸，设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机，通过研究表明：电感越大，电流变化越平缓，电流的谐波分量越低，转子涡流损耗越小，因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响，结果表明：平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子：单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析，实验研究表明：由于转子设计不合理，单端式轴承支撑结构的转子转速达到40，000rpm以上时，保护环和定子齿部发生了摩擦，破坏了转子动平衡，导致电机运行失败，而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响，研究表明：铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗，使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2；斩波控制会引入高频电流谐波分量，使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法，得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升，有限元分析和实验计算结果基本吻合，验证了铜屏蔽环的有效性。
上传时间： 2013-05-18
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永磁同步发电机由于一系列高效节能的优点，在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用，并且受到许多学者的关注，其研究领域主要涉及永磁同步发电机的设计、精确性能分析、控制等方面。 本课题作为国家自然科学基金项目《无刷无励磁机谐波励磁的混合励磁永磁电机的研究》的课题，主要研究永磁电机的电磁场空载和负载计算，求出永磁电机的电压波形和电压调整率，为分段式转子的混合励磁永磁电机的研究奠定基础，主要做了以下工作： 首先介绍了永磁同步发电机的基本原理，包括永磁同步发电机的结构形式和永磁同步发电机的运行性能，采用传统解析理论给出了电压调整率的计算方法及外特性的计算模型；然后用有限元ANSYS对永磁同步发电机样机进行实体建模，经过定义分配材料、划分网格、加边界条件和载荷、求解计算等，得到矢量磁位Az、磁场强度H、磁感应强度B等结果，直观地看出电机内部的磁场分布情况。 其次根据电磁场计算结果，应用齿磁通法对其进行后处理。该方法求解转子在一个齿距内不同位置处的磁场，以定子齿的磁通为计算单位，根据绕组与齿的匝链关系，计算出磁链随时间的变化，进而得到永磁同步发电机空、负载时电压大小及波形。通过计算结果写实验结果对比，验证了齿磁通法的正确性，为计算永磁同步发电机各种性能特性提供有力工具。 最后，基于齿磁通法对永磁同步发电机的外特性进行了深入研究，定量分析了结构参数对外特性的影响规律，提出了有效降低电压调整率的方法的是：增加气隙长度g的同时，适当增加永磁体的磁化方向的长度hm；此外，要尽量的减少每相串联匝数N和增大导线面积以减小阻抗参数。通过改变电机的结构参数，对其电磁场进行计算，找到永磁电机电压调整率的变化规律，为加电励磁的混合励磁永磁电机做准备，达到稳定输出电压的目的。
上传时间： 2013-04-24
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低压电器电弧运动过程三维成像理论及运动机理研究在国内外取得了一定的进展，但作为一种新型电弧研究方法，特别是对电弧运动可视化方面的研究尚处于起步阶段，其技术涉及到电器学、数值计算、图像处理、计算机科学等众多学科领域，加之电弧复杂的非线性特性及其瞬时特性，导致测量研究的困难，在电弧机理、性能分析和模型设计等方面都还不够成熟、完善。所以，在电弧模型理论研究、电器电磁机构的三维有限元分析、电器的计算机辅助设计、电弧动态特性研究等方面，存在大量的工作要做。对这些问题的深入研究，可以更好地认识电器触头在整个运动过程中极其复杂的电、热、磁、机械等一系列现象。 为了从不同角度观察分析电弧在灭弧室中的动态运动过程，本文在研究开关电器电弧图像增强及运动过程三维可视化的基础上，分析电弧形成机理、电弧特性和运动形态的基本理论，进一步考虑其模型特性和电弧等离子体磁压缩效应，建立其运动数学模型。电弧图像需要的处理主要有：图像数字化、图像平滑、图像分割、图像边缘检测、图像增强。本文提出一种基于小波变换的图像增强和直方图的图像增强算法，在保留电弧弧柱强特征的同时，突出显示电器动触头图像特征使增强后的电弧图像适合人类的视觉特征，为电弧动态过程分析和电弧可视化模型的构建提供有效的分析基础，并取得良好的电弧图像增强效果。本文构造了基于比色测温原理的电弧辐射拾取、图像采集、同步控制、数据处理等硬件装置，对试验采集装置进行了标定；将医学上成功应用的计算机层析成像理论，应用于对电弧进行三维温度场重建的研究，构造可单面阵CCD采集三组六路投影辐射强度的实验装置，通过对触头边缘检测的手段精确定位于不同光路中电弧的位置，对辐射拾取光路进行校准，编制了系统软件，实现电弧三维温度场的重建。研究数学模拟计算方法，提出了适合低压电器电弧数学模型计算的方法。用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及运动过程，将理论分析、试验研究和计算机仿真有机结合起来，使产品设计更加科学和准确，可以大大减少设计周期，减少试验的盲目性和费用，有利于提高电器产品的技术性能，对于新产品开发，优化灭弧室设计及模拟实验，具有十分重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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印刷电路板( PCB)是集成各种电子元器件的信息载体，在各个领域得到了广泛的应用。近年来随着印刷电路板生产复杂度和产量的提高，传统PCB缺陷检测方式因接触受限、高成本、低效率等因素，已经逐渐不能满足现代检测需要，因此研究实现一种PCB缺陷的自动检测系统具有很大的现实意义和实用价值。 @@ 本论文根据机器视觉检测理论，运用数字图像处理技术，构建了一套PCB缺陷自动检测系统方案。该系统主要由光照、CCD摄像机、图像采集卡、运动控制台及计算机图像处理软件组成。其中图像处理软件部分作为本论文的核心，着重研究了其关键功能模块包括图像预处理、阈值分割、图像识别几个部分算法的选择与设计，并在MATLAB 7.0的环境下进行仿真。 @@ 运用现代成熟的数字图像处理技术，本文实现了PCB缺陷的软件检测方案。在预处理模块中，结合PCB板的特点运用图像预处理手段得到高质量的PCB图像。在阈值分割模块中，实现了四种当前成熟的阈值分割算法，以得到特征清晰、低噪声的PCB二值图像。在识别模块中结合电路板的短路、断路、毛刺、缺损、空洞五大缺陷的特征，设计相应算法并予以实现，并提示缺陷信息。 @@关键词：缺陷检测；图像预处理；图像分割；图像识别
上传时间： 2013-06-23
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21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对光伏系统的研究越来越深入广泛，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池由于受日照强度、环境温度影响较大，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器便能较好地解决这一问题。 @@ 本文首先对比了模拟式太阳能电池模拟器和数字式太阳能电池模拟器的优缺点，选取了数字式太阳能电池阵列模拟器作为研究对象，并对研究太阳能电池阵列模拟器的实际意义作了阐述。随后描述了太阳能电池的输出特性，讨论了适合工程计算的太阳能电池阵列数学物理模型。 @@ 本文研究的太阳能电池阵列模拟器由功率电路和控制电路两部分组成。功率电路选取了半桥型DC/DC电路作为主电路拓扑，对其工作过程进行了分析，并对各部分电路进行了设计。然后设计了电压电流双闭环调节器，在此基础之上用PSIM仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行了仿真，包括静态工作点的仿真以及动态响应速度的仿真，通过仿真验证了模拟器能够达到所要求指标。 @@ 控制电路板是整个模拟器的核心控制部分，通过控制运算提供输出电压的参考值，进而提供控制功率管开通关断的PWM信号。本文选取了microchip公司的dsPIC30F2023作为主控制芯片，分析了该型号微处理芯片的性能特点，介绍了模拟信号采样电路、232通讯电路、人机交互界面电路等外围电路的硬件设计，调节器采用了数字PID控制。 @@ 在MPLAB集成开发环境中进行了软件方案的设计，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采样、故障处理、人机交互程序等，介绍了各个模块的程序流程。 @@ 软硬件系统设计完成后，最终实现了太阳能电池阵列模拟器，可以为光伏系统的研究提供一个良好的实验平台。 @@关键词：太阳能电池阵列模拟器；半桥型DC/DC变换器；dsPIC30F2023
上传时间： 2013-07-28
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氙灯作为高强度气体放电灯，其较好的显色性，高光效等优点大大超过传统的卤钨灯，越来越受到市场的青睐，与其配套的电子镇流器的研制也成了热点。鉴于氙灯复杂的启动特性，与模拟控制相比，数字控制因其较大的灵活性在此控制方面显示了较大的优势。本文将以数字控制的汽车头灯电子镇流器为研究课题，对其一些关键的问题加以研究和探讨。 论文的绪论部分将首先介绍汽车头灯的发展历史，接着对汽车头灯电子镇流器存在的难点问题做简要的分析，指出目前其所处的现状，并结合汽车头灯未来发展趋势谈谈本次课题的可行性和必要性。 第二章首先给出了目前氙灯电子镇流器的基本电路结构，考虑到第一级直流升压变流电路的重要性，较详细讨论了目前具备升压功能的几个典型电路的特点。鉴于氙灯较高的点火要求，对几种典型的点火电路做了分析比较，最后讨论了控制模式及其具体的控制方式。 第三章对汽车头灯电子镇流器进行了全面的设计。依据汽车头灯电子镇流器的主要技术指标，较详细给出了主电路的设计过程，并还对其做了相应的损耗分析及效率估计。接着介绍了单级电压递升式点火电路设计，模数控制方式的原理，及控制回路中典型控制电路的设计，最后通过实际样机的制作，论证其设计的合理性。 第四章详细分析了高强度气体放电灯的启动特性，并根据金卤灯和氙灯各自启动特点及相应要求，分别提出了适合各自启动要求的控制方法。此外，在大量文献阅读的基础上，比较了当前典型的恒功率控制方案。在这个基础上，提出了基于数模混合控制的新型恒功率控制方案。最后通过实验验证了这些控制方法的可行性及正确性。
上传时间： 2013-07-09
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