开发和研制无铁心永磁电机是当前电机领域的一项重要课题，无铁心永磁电机可以解决传统有铁心电机存在的重量重、损耗高、振动噪声大等问题。开发无铁心永磁电机需要准确计算电机的参数和性能，而实现这一任务的重要前提是获得正确的磁场分布。无铁心永磁电机气隙外没有铁磁材料，其自身的结构特点决定了无铁心永磁电机的气隙磁场属于三维开域磁场，开域磁场工程问题的计算是近年来计算电磁学的研究热点之一。 本文的研究内容是国家高技术研究发展(863)计划项目“新型稀土永磁电机设计与集成技术”的关键技术之一。针对无铁心永磁电机的实际工程问题，计算方法的选择力求既能保证一定的计算精度，又能节约计算机内存和CPU时间。根据对各种开域电磁场计算方法的分析比较，本文将渐近边界条件法和有限元法结合解决无铁心永磁电机三维开域磁场计算问题。 本文主要由以下几部分组成： 第一部分为无铁心永磁电机三维开域磁场计算方法的研究。首先提出了基于标量磁位的渐近边界条件，建立了球形边界的标量磁位渐近边界条件数学模型。为了尽可能减少节点的数量，结合无铁心永磁电机的具体结构，推导了适合于盒形截断边界和圆柱形截断边界上简便易行的一阶和二阶标量渐近边界条件算子，该算子具有简单、有限元实施容易的特点。其次研究并建立了标量渐近边界条件与有限元法结合的三维开域静磁场的数学模型，并提出具体的实施方法，推导出相应的离散方程。通过对具有解析解的长方永磁体三维开域磁场的实例计算，验证了方法和所编程序的正确性，并将渐近边界条件法与截断法在计算精度和人工外边界距离方面做了比较。结果表明：在相同人工外边界情况下，渐近边界条件与截断边界条件相比，计算精度明显提高，二阶渐近边界条件明显优于一阶渐近边界条件。与截断法相比，渐近边界条件法更节约计算机内存和CPU时间，比较好地处理了计算量与计算精度之间的矛盾。 第二部分针对Halbach阵列内转子无铁心永磁电机三维开域磁场问题进行深入研究。利用渐近边界条件法，定量地计算了在定转子均无铁心的情况下电机内部及周围磁场的大小，总结出了Halbach阵列无铁心永磁电机磁场的空间分布规律。 第三部分针对不同拓扑结构的Halbach磁体阵列电机磁场问题进行对比研究。通过大量的计算，探讨了Halbach阵列永磁电机在转子无铁心情况下影响气隙磁密的各种因素，分析了不同Halbach磁体轴向长度对端部漏磁的影响规律，给出了无铁心永磁电机漏磁系数、电枢计算长度等主要设计参数随电机结构尺寸的变化规律。 第四部分针对具有试验数据的三种结构的无铁心永磁电机样机进行了计算和分析，计算结果与试验数据吻合，从而验证了渐近边界条件法处理三维开域磁场问题的有效性和实用性。
上传时间： 2013-06-22
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本文利用Maxwell 3D软件对交流接触器的电磁机构的静态、动态特性进行分析与仿真。Maxwell 3D是美国的Ansoft公司开发的专门用于三维电磁场仿真的软件。本文主要以CJ20-25交流接触器的电磁机构为例，对不同激励下交流接触器电磁机构的静态特性进行分析；编写电磁机构动态仿真程序，对其进行动态仿真，并进一步分析其动态特性；同时对电磁机构的设计参数对交流接触器特性的影响进行了分析。主要为以下几个方面: 首先，利用Maxwell 3D软件建立交流接触器电磁机构的三维有限元模型，对模型进行有限元分析，计算不同电流和气隙下的静态吸力，仿真电磁机构的静态特性。绘制出交流接触器的静态电磁场分布及吸力特性。 其次，用Visual C++编程语言编制程序，仿真交流接触器电磁机构运动过程。 再次，对交流接触器电磁机构进行瞬态分析。得出CJ20-25型交流接触器动态电流、吸力特性，并对动铁心末速度、静铁心迎击距离、动态吸力与反力特性的匹配、总动能和碰撞损失能量与合闸相角的关系特性进行了具体分析。同时，将迎击式与非迎击的两种类型的交流接触器的动态特性作了比较。 最后，利用Maxwell 3D软件分析接触器各个设计参数对交流接触器电磁机构静态吸力、动态特性的影响。 经过以上各方面的分析可知：采用Maxwell 3D软件的强大的电磁场有限元分析功能进行电磁机构的静态及动态特性的分析与仿真，模拟真实的工作环境，可以在样机制作前，精确掌握电器产品的性能，减少样机制作，降低试验费用，加快产品开发周期，提高产品性能指标，具有实际意义。
上传时间： 2013-07-15
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本文论述了基于ST7FMC的电动摩托车控制系统的研究。 近年来,由于燃油交通工具尾气排放对城市空气造成的严重污染，以及人们生活水平、环保意识的逐渐提高，绿色交通工具己成为时代发展的重要课题。考虑到我国目前的国情，发展电动车具有重要的环保意义。 随着电机技术及功率器件性能的不断提高,电动车的控制器发展迅速。但是目前市场上大多数的电动车产品均采用低集成度元件控制装置，功能过于简单，不能充分发挥系统潜力及处理一些特殊的控制问题。 提出了基于意法半导体芯片ST7FMC的永磁无刷直流电动机的控制系统设计方案，进行了低成本、高智能的无刷直流电机控制系统设计，能满足更多应用场合的需要。主要从以下几个方面进行了分析与研究: 首先，建立无刷直流电机的数学模型，并分析其电机运行特性。 其次，根据ST专用单片机的特点详细设计了系统的控制策略：将调速系统设计为电流、速度双闭环的PI算法控制，以保证调速性能和电流控制精度；采用ST芯片固有的寄存器进行速度的检测，比较精确；将相电流检测设计成母线电流PWM On中点检测；采用了高性能的驱动集成电路IR2136来驱动MOSFET组成的全桥逆变电路；驱动方式采用新型的凸形波驱动控制方法。 最后，组装了试验样车，通过实验室观测及实地运行，验证了系统运行的可靠性。 由此得出结论：本课题设计的基于ST7FMC的电动摩托车控制系统具有运行性能良好、可靠性高的特点，为后续的研究工作提供了一定的基础。
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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直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，是指在变压器的励磁电流中出现了直流分量。在直流输电系统中，由于换流站的工作特性，有直流电流分量流过换流变压器的绕组，产生直流偏磁现象，这一现象将对换流变压器的正常运行产生不利的影响，如励磁电流发生畸变、变压器铁心损耗增加及铁心高度饱和引起的漏磁通增加。因此，从电磁场的角度分析这一现象是必要的。 由于铁磁材料的非线性，不能应用叠加原理分析直流偏磁时的励磁情况。为此，本文应用了二维瞬态场路直接耦合有限元法，借助大型有限元分析软件Ansoft，定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器空载运行状态下的励磁电流波形情况，结果表明，直流偏磁使铁心中的磁通密度发生偏移，对应的励磁电流波形呈现正负半波极不对称的形状，并且直流偏磁量越大励磁电流的畸变越严重。 在求出直流偏磁量与励磁电流峰值关系的基础上，应用一种基于铁心空载损耗数据的方法，定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器铁心损耗情况，结果表明，随着直流偏磁电流的增加，铁心损耗也会随之增加，这会导致铁心温升上升，严重时会导致铁心局部过热，影响变压器的正常运行。 在漏磁场分析中，讨论了变压器漏磁场的类型和作用，经过合理简化，建立了换流变压器二维漏磁场计算模型，应用二维瞬态场路直接耦合有限元法，分析了不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器漏磁场分布情况，结果表明，随着直流偏磁量的增加，不同位置处漏磁场分量的变化规律基本不变，但漏磁在增加，且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上传时间： 2013-06-25
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电力变压器是电力系统中及其重要的电气设备，它的安全运行直接关系到电力系统的稳定。变压器长期在电网中运行会发生各种故障和事故，一旦遭到破坏，损失巨大。通过预防性试验和油中溶解气体的气相色谱分析结果判断变压器的绝缘状况，对防止事故的发生有很大作用，但定期的预防性试验可能出现过多的维修和不必要的停机，又不能及时发现故障；而变压器在线监测可以及早发现变压器故障，避免事故的发生，而且可以降低维护成本。 变压器中最常发生故障的部位是绕组，它的损坏率约占整个变压器故障的60％～70％。诊断绕组变形的方法中，频率响应法、阻抗分析法、低压脉冲法虽然有可取之处，但是都属于离线方法，不能及时发现变压器的故障，不适于在线测量；通过实时计算变压器绕组短路电抗来在线诊断变压器故障是一种有效的在线监测方法。 本文根据变压器绕组的短路电抗在正常运行时不发生变化，而在变压器内部故障时要发生变化的特性，应用辩识理论，利用变压器三相电压、电流的测量值来辨识绕组的短路电抗。把辨识结果对比正常时的三相绕组的短路电抗，可以发现绕组是否异常及故障发生的部位，保证变压器元件得到及时更换，防止变压器非正常退出运行。 本文采用傅立叶算法来计算变压器三相电压、电流采样信号的基波分量的幅值与相角，实现变压器绕组的参数辨识，此时并没有考虑衰减直流分量。经过分析，当采样信号中存在衰减直流分量时傅立叶算法就会产生误差，而递推最小二乘法和卡尔曼滤波效果很好。 最后本文介绍了变压器绕组参数辨识的实际应用与误差分析，分析了系统中软件、硬件方面的问题对测量短路电抗造成的影响；以及参数辨识的软件设计和运行试验，验证了方案的可行性。
上传时间： 2013-07-29
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风能是可再生能源，世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下，本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机，其高运行效率和特殊的电机结构，使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下： 第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理，然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。 第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数，给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布，并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式，为了验证空载电势解析法的正确性，本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，针对双转子电机的特殊结构，提出了三种改善电势波形的方法，并利用解析法对其进行分析，证明了这几种措施的可行性。 第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势，主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形，并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩，对于halbach磁体双转子电机，提出了三种减小转矩脉动的方法，并通过有限元分析进行了比较，证明了这几种措施的可行性。 第四部分对双转子电机的设计进行了分析，提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法，最后设计制作了样机，给出了样机图片。并对样机进行试验，测量不同转速下电机的空载电势波形，电机的电势-转速曲线，电机的负载电压-电流特性曲线，并测量了电枢反应电感数值，通过对比可以得出：试验值、解析值和有限元值吻合很好。
上传时间： 2013-08-04
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风机的耗电量占全国总发电量的40﹪左右，是全国耗电最大的工业装备，而且运行效率比国外低10﹪～30﹪。因此在风机(及水泵)上实行节能、节电、降耗是一个紧迫的任务，对缓解我国电能的供需矛盾、推进我国现代化建设、缩小我国和发达国家的差距具有非常现实和深远的意义。 小型风机(1～10千瓦)特点是：单台的耗电量很小，但是数量巨大，因此降低这些小型风机的耗电量同样具有十分深远的经济意义。但在这一领域的节能研究一直未能得到充分重视。 本论文提出一种用于驱动小功率风机的永磁无刷直流电机，通过调速调节风量从而达到节能的目的。永磁无刷直流电机是近年随着电力电子技术和永磁材料的进步而迅速发展起来的一种新型电机。它用一套电子换向装置代替了有刷直流电动机的机械换向装置，即克服了有刷直流电动机机械换向带来的一系列缺点，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等诸多特点，因此在各个领域中得到了广泛应用。 本论文从永磁材料、磁体结构、充磁方式、绕组分布、极弧系数等方面分析了风机外转子永磁无刷直流电机的设计要求，给出永磁无刷直流电机结构、原理及一般设计要求；根据风机电机的驱动要求，设计制造外转子风机用铁氧体永磁无刷直流电机样机；针对风机用电机驱动系统的调速及各种保护要求，基于降低成本的原则，设计制造永磁无刷直流电机的驱动系统。这一设计为基于专用集成芯片的小功率无刷直流电机的调速控制系统，并进行了试制、调试及试验。实验表明了系统具有简单和优越的控制性能，适于小功率无刷直流电机的控制。 样机实测数据表明外转子永磁无刷直流电机用于驱动小功率风机具有良好的性能、较低的成本，具有进行产业化生产的优势。
上传时间： 2013-04-24
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为设计高性能、低损耗的电机，需要准确地分析电机铁耗。本文从铁磁材料的磁化特点出发，以分离铁耗模型为基础，对交变磁化以及旋转磁化条件下铁磁材料和电机的铁耗进行分析和计算，分别从理论和实践角度着重就电机铁耗计算和测量中的一些相关问题作了深入研究。 按照分离铁耗模型，铁心损耗可以分成磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗。本文首先从交流磁滞回线的产生机理出发，在Preisach静态磁滞模型的基础上，利用极限磁滞回线的对称性，采用人工神经网络技术，建立了Preisach人工神经网络磁滞仿真模型，实现了对铁磁材料交流磁滞回线的理论计算，为磁滞损耗的理论分析和计算奠定了基础；为对交流磁滞回线进行实测，本文给出了一种采用爱泼斯坦方圈测量铁磁材料交流磁滞回线与磁滞损耗的新方法，该方法克服了环形样片测量法的不足，操作简单，且测量精度高，具有较好的实用价值。利用该方法得到的实验数据很好地验证了理论计算结果。 对涡流损耗以及异常损耗的计算模型，本文系统地给出了其推导过程，对模型中的参数进一步加以明确，并对模型的特点进行了分析。铁磁材料异常损耗计算模型是基于统计学原理推导而来的，模型中参数的确定涉及到铁磁材料的微观特性，本文给出了通过实验确定其参数的具体方法；考虑到工程中异常损耗计算模型是其理论模型的简化形式，文中对两者的差别进行了分析。 在分析电机铁耗时，既要考虑铁心材料本身的损耗特性，也要考虑电机供电方式以及铁心中磁场变化等因素对铁耗的影响。在对铁磁材料损耗特性分析的基础上，本文考虑到局部磁滞回环对电机铁耗的影响，推导了计及局部磁滞作用的电机铁耗模型，并从理论上对C.P.Steinmetz的磁滞损耗经验公式进行了验证，从而明确了公式中经验系数的物理意义；同时通过实验研究，分析了磁化频率对磁滞损耗系数的影响，提出了在磁化频率较高时分段确定磁滞损耗系数的方法；考虑到现代电机控制策略以及供电方式的多样性，本文对正弦波、方波以及三角波电压供电时铁心材料的交变铁耗模型分别进行了推导，给出了其解析表达式，并通过实测证明了模型的有效性；对SPWM这类应用较为广泛的非正弦供电方式，推导了电机交变损耗的一般计算模型，分析了SPWM变频器供电时电机铁耗与变频器参数的关系，给出了其关系的数量表达式; 同时采用改进的爱泼斯坦方圈试验平台对非正弦供电条件下的铁磁材料损耗和电机铁耗进行了实验研究。 考虑到电机铁心制造过程中冲压对铁心材料特性的影响，本文提出了一套简便的对铁磁材料进行冲压影响研究的实验方法，利用该方法，有效地对材料的冲压影响特性进行了分析。在实验研究的基础上，本文推导了考虑冲压影响时的铁磁材料损耗的修正系数，从而在传统交变铁耗分离模型的基础上，建立了计及冲压影响的电机铁耗计算模型。对模型中引入的冲压影响修正系数，给出了详细的推导过程和明确的计算方法，从而使传统的经验修正方法得到改善。 在旋转电机中，除交变磁化外，同时还存在大量的旋转磁化。本文对旋转磁化的物理机理进行了初步探讨，分析了旋转磁化条件下的损耗特点，系统介绍了当前铁磁材料旋转磁化性能以及旋转磁化损耗实验测量和理论计算的方法和手段。 在以上铁耗理论的基础上，充分考虑铁心的非线性及磁滞特性，本文建立了一般条件下的铁心动态电路模型，并将该模型应用于异步电动机铁心等效电路中，推导了异步电动机动态铁耗的分离等效电阻。以一台三相异步电动机为样机，采用以上铁耗的动态分离等效电阻，有效地对电机铁耗进行了分离，从而为深入研究电机的动态铁耗特性提供了便利。 论文最后以一台永磁无刷直流电机为例，对电机的运行特性以及铁心损耗进行了分析计算。分析中应用场路结合法，建立了永磁无刷电机换流等效电路模型，采用镜像法建立了深槽无刷电机电枢反应分析模型；在电机铁耗分析中，推导了考虑旋转磁化的电机铁耗工程计算模型，对样机铁耗进行了理论计算，并通过构建实验平台，对旋转磁化条件下的样机空载铁耗进行了测量，最终理论值与实测值吻合良好，证明了上述方法的有效性。
上传时间： 2013-07-02
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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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