舰船、飞机、移动通讯、石油钻井平台等独立系统中有许多交直流电力并存的场合，需要实现发供电系统的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品质。常规的电励磁发电机因为带有电刷使供电系统的运行安全存在隐患，并且励磁机的使用增加了电机的体积和损耗。为使系统节能高效，本文设计并制作了应用于独立交直流电力系统的交直流永磁同步发电机。永磁电机定子上带有三套三相绕组，一套绕组用于提供交流电力，其余的两套绕组相位互差30度电角度，接整流器为直流负载供电。文中对电机的设计以及电机的基本性能进行探讨。为了减小永磁发电机的电压调整率，在电机的交轴与电机的永磁磁极尾部之间加一软磁材料，通过增加电机负载时的交轴电抗压降，来改善电机的电压调整率。 首先，针对永磁电机设计的特殊性，应用二维有限元法计算电机的电磁场以确定电机的主要尺寸，并讨论了不同软磁材料尺寸对电机的影响。文中还根据电磁场的计算结果，应用傅立叶级数计算了电机的空载感应电动势以用于预测电机的性能，使用能量摄动法计算了计及饱和、槽影响下的电机电感参数。考虑到永磁材料的温度性能问题，应用电磁场和温度场耦合的方式计算了电机稳态时的温度场。 然后，为了了解永磁同步发电机的主要电磁关系，研究了电机的数学模型，推导了考虑漏磁时具有三套互差一定电角度三相绕组的永磁发电机在dq0坐标系下的方程，可以看到，在dq0坐标系下电机的电感参数为常数。这样，利用这个特性，在对电机运行性能进行研究时，可以得到简化电磁方程。根据电机稳态运行时的方程，得到了电机的向量图。 因为带有多套绕组的永磁电机中含有较多的谐波，而采用dq0坐标系下的方程会忽略掉气隙磁场中的谐波分量，为了对电机的仿真更加精确，电机仿真时采用电机在ABC坐标系下的基本电磁方程。应用Matlab/SimPowerSystems中的模块搭建电机的仿真模型，永磁体的影响用感应电动势来表示。根据仿真结果与样机试验结果的比较发现，两者吻合良好。 另外，本文还设计了一台电励磁的交直流发电机，电磁设计结果表明，永磁电机在体积、重量、效率方面都很有优势。
上传时间： 2013-04-24
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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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随着非线性负载在电网应用中的不断增加，给电网造成的谐波污染日益严重，已成为影响电能质量的重要因素之一。与无源滤波器相比，有源滤波器具有滤波特性好，受电网阻抗影响小，可同时补偿谐波和无功等优点，所以，有源电力滤波装置作为一项有效措施，被广泛地研究和应用。 本文首先介绍了谐波产生及其严重的危害性，综述了国内外电力系统谐波抑制技术的发展概况以及有源电力滤波器在谐波抑制中的应用前景。阐明了以DSP为核心控制芯片的有源电力滤波器数字控制系统的特点。介绍了有源电力滤波器的结构和工作原理，在瞬时无功功率理论的基础上设计了谐波电流的检测方案，提出了有源电力滤波器全数字化控制系统的实施方案，包括信号调理、过零检测、交流采样、锁相和滤波等，同时给出部分程序框图及程序和程序运行结果。为了进行更加深入的理论分析，本文在MATLAB的SIMULINK仿真环境下建立了有源电力滤波器系统的仿真模型，并对谐波电流检测方法进行了仿真对比。同时，重点进行了软件设计，包括数字锁相环、低通滤波器等，程序运行结果取得了令人满意的效果。 本文以三相并联有源电力滤波器为研究对象，设计了基于DSP芯片的数字化控制方案，该方案用一片DSP芯片TMS320F2812实现谐波指令电流计算和控制环节。并详细介绍了该控制方案的软件设计。 从目前国外的研究和使用情况来看，有源电力滤波器具有广阔的应用前景。本题目今后的重点发展方向是进行实用化研究。
上传时间： 2013-04-24
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随着采煤自动化技术的发展，对煤矿井下供电系统可靠性、安全性和连续性的要求越来越高的要求，因此对矿用隔爆型高压开关智能综合保护系统的研究具有重要的理论和应用价值。随着微机保护的发展，一些新的保护原理和方案，受到越来越多的关注，并逐步得到实际应用。然而这些新方法在改善保护性能的同时也对微机保护装置的计算精度、速度和寻址空间等提出了更高的要求，因而也对构成微机保护装置的硬件平台提出了更高的要求。针对以上问题本文提出了一种新的微机保护设计方案，设计了一种基于DSP 和单片机双CPU 结构的微机保护系统，并应用于高压开关装置当中DSP 作为主CPU 芯片主要完成数据采集、数据处理和保护等功能，8051 作为从CPU 主要完成键盘处理、液晶显示处理和通讯等人机对话功能。此双核结构具有并行工作，分工明确的优点，既保证了继电保护的速动性，选择性、灵敏性和可靠性，又实现了实施测量的高精度。 本文首先根据矿井高压电网的实际情况，从理论上分析了矿井高压电网常见故障的电气特征，并参照相关标准制定了相应的保护原理和动作指标，尤其是针对矿井供电系统中普遍采用中性点不接地的情况，采用了“基于零序功率方向型”的选择性漏电保护原理。然后分析了交流采样、直流采样方法的优缺点，确定了高压防爆开关保护系统的采样方式。 保护系统的硬件是实现保护原理的平台，其稳定性和可靠性直接影响到保护功能的实现。本微机保护系统是基于DSP 和单片机的双CPU 微机线路综合保护测控装置，DSP 的采用大大提高了保护装置的数据处理速度，双CPU 结构大大提高了装置的可靠性。另外，该装置不仅可以完成继电保护功能，而且紧随当前电力系统自动化发展的需要，还可以完成测量、控制、数据通讯的功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通讯一体化。
上传时间： 2013-05-17
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随着社会生产的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求也越来越高，电压是标志电能质量的一个基本技术指标，它与无功功率密切相关。本文阐述了电压无功综合控制对于电力系统运行及工农业生产的重大意义；综述了国内外在这一领域中的研究所取得的成果、面临的问题和发展的前景。针对目前我国应用最为广泛、性能价格比最佳的并联电容与有载调压变压器综合控制装置的研制开发中所涉及的问题进行了较全面的分析与研究，提出了一种符合当前变电站综合自动化发展需要的可靠性高、组态灵活、功能齐全的变电站电压无功综合控制方案。该方案主控单元选用抗干扰能力强、指令丰富、扩展灵活、通讯联网能力强的西门子S7-226PLC作为控制核心；参数检测单元选用可靠性高、具有通讯功能的智能型综合电量变送器；控制主机通过与参数检测单元通讯获得所需参数，同时还可与上位机或其他具有串口的设备通讯。采用的电压无功控制策略，从系统的实际需要出发，充分考虑了影响电压无功控制效果的主要因素，控制决策以实时计算数据为参考，控制精度高，并有效避免了无效调节对设备及系统造成的危害；控制软件根据已经确定的控制算法做出控制决策并能够完成系统运行方式的自动识别、电容器的循环投切，电容器及分接头的保护及通讯等功能。文中还阐述了电容器接线形式选择、串联电抗及高压真空开关的选择依据以及变压器调档控制原理。 理论分析和仿真计算均证明了本文中所提出的控制策略的精确性和严密性；试验证明了该设计方案先进、灵活、可靠、功能齐全，符合电力系统自动化对控制装置的要求。
上传时间： 2013-06-01
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选相控制开关又称同步开关或相控开关，其实质就是控制开关在电压或电流的期望相位完成合闸或分闸，以主动消除开关过程所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应，提高开关的开断能力。本论文以电力系统的无功补偿为背景，分析了随机投切电容器组的暂态过程所带来的各种危害，从而提出选相投切技术；本文以真空开关选相投切电容器组为研究对象，着重介绍了电容器组选相投切技术的相关理论，给出了电容器组选相投切的控制策略，为同步开关选相控制器的设计提供了理论依据。 双稳态永磁机构结构简单、动作稳定可靠，其出力特性能与真空开关良好匹配，在中压领域得到越来越广泛的应用。相控真空开关采用三相独立操动的双稳态永磁机构，其操作电源为由大功率电力电子器件控制的储能大容量电容器，通过多次的测试结果表明双稳态永磁机能很好地满足相控开关的要求，是相控开关的理想选择。 IPM(智能功率模块)作为一种新型的大功率开关器件，以其设计简单(内置驱动和保护电路)，低功耗，开关速度快等特点成为越来越多设计者的首选，得到了越来越广泛的应用。本文讨论了IPM在选相投切电容器组中的相关逻辑控制策略，光耦隔离驱动，IPM过流、过热相关保护等内容，设计了以DSP(TMS320LF2407A)为核心的永磁机构同步控制系统，实时采集电网信号，经过FIR数字滤波提取零点，通过IPM控制大容量电容器放电来驱动永磁机构，实现断路器在期望相位上分断或关合以减小暂态冲击，并保证储能电容器的一次储能完成一次完整的O-C-O操作。 通过相关试验测试，表明本系统已经初步达到了设计所要达到的预期效果，为以后的研究以及同步控制控制系统的完善和优化提供了有益的经验和参考。
上传时间： 2013-04-24
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矿井高压电网多以6KV 供电为主，高压防爆开关成为了井下供电系统的最为关键的设备之一。近年来，由于煤矿开采中因电气保护失控而引发事故的增长，国家对井下供电系统的可靠性、安全性的要求越来越高，因而采用现代化新技术对矿井下高压控制设备进行技术改造和创新被提到了一个重要的高度。随着微机技术的应用与发展，以单片机为核心的高压开关智能综合保护技术，能够较好地完成对多路信号进行处理，增强和增加了保护的功能，其应用对于提高供电质量、保证人身安全、完善电网保护都具有很重要的现实意义。本文设计了一个双CPU 的保护控制系统，双CPU 结构就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增强型51 单片机STC89C58RD+进行分工合作并行处理，前者作为从CPU 完成各种保护功能，后者作为主CPU 完成参数的整定、显示、数据下放以及PROFIBUS 通讯扩展。既能充分利用DSP 的高速数据处理性能，提高保护动作特性； 同时，在不影响数据处理的情况下又扩展了人机界面和总线通讯功能。 本文从理论上分析了矿井高压电网中性点不接地系统的主要故障的电气特征，并有针对性地提出了零序电流方向型选择性漏电保护、相敏短路保护和绝缘监视保护，然后分析了采样原理和算法，确定了同步交流采样和全波傅立叶算法相结合的采样计算方法。此外，针对系统可能遇到的各种干扰，在硬件、软件两方面进行了抗干扰设计。最后通过试验数据验证了系统对线路故障具有可靠的动作特性。 该保护控制系统性能稳定、动作可靠，简单的按键操作和醒目的液晶显示给工作人员带来了极大方便，实现了检测、保护、控制和通讯的一体化。 本课题是围绕着天津市科技攻关立项项目“矿用高压隔爆开关智能控制系统的开发”来进行地研究。
上传时间： 2013-06-11
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目前，大多数实用的谐波抑制系统都使用已经很成熟的无源滤波技术，但无源滤波器存在诸如易受系统参数影响、只能消除特定次谐波缺点。所以有源电力滤波器因其动态补偿谐波的优越性能已成为一项热门的研究课题。但是我国的有源电力滤波器技术目前还没有进入实用阶段，多数只是进行理论上的探讨研究。 本文的研究目的就是探讨一种新的控制算法，设计一套实用的有源电力滤波器系统以补偿谐波及无功功率。 本文的主要内容如下： 1.介绍了目前常用的几种典型的有源电力滤波器系统结构、基本原理及其主要工作特点。 2.在第三章分析了谐波及无功电流的检测即有源电力滤波器中指令电流运算电路部分。有源电力滤波器利用瞬时无功功率理论来检测谐波和无功电流会使补偿电流产生误差。本文设计的并联型有源电力滤波器采用一种新的控制算法来综合补偿非线性负载产生的谐波和无功功率。该方法可有效的区分用户对于电压、电流波形畸变的责任，并对其做出相应的奖惩措施。电源电流经过本文设计的有源电力滤波器补偿后，其波形与公共连接点的电压保持一致，根据这一特征，我们就可以区分公共连接点处供电部门和用户的责任。由于电源电流和电压波形保持同步变化，所以负载产生的无功功率完全得到了补偿。为了减少离散傅立叶变换带来的时间延迟，提高有源电力滤波器的动态响应速度，采用了同步旋转坐标系对谐波电压提前一个采样周期进行预测。 3.本文提出的有源电力滤波器控制算法非常简单，用具有高速运算性能和强大控制功能的数字信号处理器(DSP)实现十分容易。 4.对三相电路和单相电路根据实际运行可能出现的情况进行了大量的仿真研究，仿真结果也验证了本文提出的有源电力滤波器的控制算法是有效可行的。 有关谐波源的研究是谐波问题的基础，而谐波的补偿和抑制是谐波问题研究的核心问题，因此本文的研究工作对于电力系统谐波的分析治理具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-07-23
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本文对高性能、大容量可调AC-DC直流开关电源进行了研究。文章详细分析了高性能、大容量可调AC-DC直流开关电源的工作原理，并提出了主电路和控制电路的详细设计方案。在此基础上，完成了整个系统的硬件电路设计和软件程序的编制，并对电源装置的硬件和软件进行了调试和修改。在分析原理的基础上，本文从三相桥式不控整流、全桥变换器、高频变压器、滤波电路等环节对该系统的主电路进行了阐述，同时探讨了该电源系统实现大容量的解决方案，即采用多个电源模块并联运行。本文还探讨了多个电源模块并联运行时的自动均流技术,并详细介绍了基于平均值的自动均流电路。在电压调节环节上，详细分析了基于SG1525控制芯片的PWM控制电路。本文研制的直流开关电源具有输出电压可调、输出电流大、纹波小等特点，而且还具有换档、远程控制等功能。它主要用于各种直流电机性能测试，实验结果表明它基本达到设计要求，从而验证了理论分析的正确性，具有广阔的应用前景。
上传时间： 2013-07-31
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随着电力电子装置越加广泛的投入使用,电能得到了更加充分的应用,但是伴随而来的是越来越多的非线性、冲击性负载的投入使用,电网中谐波污染日益严重,在针对此类谐波抑制和无功补偿装置的研究中,电力有源滤波器APF得到了广泛应用. 与传统无源滤波器比较,有源电力滤波器具有动态响应特性好,滤波特性不受系统阻抗的影响等优势.而APF所采用的谐波电流检测方法,直接决定了谐波的检测精度和跟踪速度,是决定谐波补偿特性的关键.本论文重点研究了谐波电流检测方法. 在众多有源滤波器的谐波及无功电流检测算法中,基于三相瞬时无功功率理论的应用最为广泛.应用此理论的i<,p>-i<,q>岛检测方法计算简单,具有较好实时性,适合电流快速检测的优点；但同时也存在很多局限性. 本文首先通过分析、比较总结出各类APF的优缺点和适用性,系统地研究了有源电力滤波器的两个关键技术:谐波电流检测和PWM信号发生器的控制策略；在此基础上,针对在负载电流有较大突变时补偿电路会产生较大畸变影响补偿效果的问题,以及三相电压畸变时i<,p>-i<,q>检测法存在的误差等问题,从基于DSP控制的三相四线制并联型有源电力滤波器的结构出发进行优化设计,提出了一种改进的i<,p>-i<,q>检测法,在该检测法中增加了平衡.APF直流侧电容总电压和上下电容电压的闭环控制,以消除负载电流突变时产生的畸变；并采用一种新颖的基于低通滤波的A相正序电压提取单元来代替原始的i<,p>-i<,q>检测法的PLL锁相环,在三相电压畸变情况下仍可以正确提取A相正序电压,以精确检测出谐波和无功电流. 最后通过MATLAB6.5对系统进行了仿真验证,仿真结果表明该算法能有效保证检测效果的实时性和精确性,证明了该算法的可行性.
上传时间： 2013-04-24
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