到目前为止,互感器作为输变电设备的重要组成部分,其设计和开发还始终停留在手工试算阶段,这种手工试算的方法已经越来越不能满足工业发展的需要.各互感器生产厂家迫切需要对产品进行计算机辅助设计.故而保定天威集团大型变压器公司与河北工业大学电器研究所协作,进行了"互感器集成CAD系统"这一软件的研究与开发,该论文主要负责"电流互感器优化设计计算软件的研究与开发"这一部分.产品设计和产品优化设计的软件开发包括两部分:一部分为设计计算程序,其中包括电磁、动热稳定、重量等计算;另一部分为优化设计程序,主要是针对产品的成本和产品工艺进行了合理的优化,建立优化设计的数学模型和完成优化程序.该论文在了解电流互感器原理和结构的基础上,结合工程实际确立了额定电压为110kV,电流等级为2×50/5(1)A~2×1000/5(1)A的电流互感器的设计计算方法并根据具体情况选择了合适的优化设计方法.此外,该论文还对额定电压为220kV,电流等级从2×300/5(1)A~2×2000/5(1)A的电流互感器优化设计计算软件做了简单介绍.
上传时间： 2013-06-08
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本文对感应电动机软起动过程中存在的电流、电磁转矩以及转速振荡问题进行了系统的理论分析和实验研究.论文首先根据感应电动机的数学模型,利用MATLAB仿真工具建立了感应电动机软起动的通用仿真模型,其次分析了晶闸管触发角度、机组的转动惯量、负载转矩以及转子电阻这四个因素对振荡的影响,进而探讨了感应电动机软起动过程中出现电流、电磁转矩以及转速振荡的原因.结果表明:在感应电动机软起动过程中,当转子转速达到同步转速并在其附近变化时,电动机的续流角会大幅度变化,当续流角围绕晶闸管的触发角变化时,三相交流调压电路的输出电压会产生振荡,在电动机定、转子磁场的相互作用下会使振荡加剧,因而就会造成电动机电流、电磁转矩以及转速的振荡.特别需要指出的是电动机在软起动过程中出现的转速振荡是在同步转速附近振荡而并非象有些文章所说的在低速下振荡.根据上述原因,本文提出了采用关断角控制的新型控制策略,这种控制策略是使电动机在起动过程中的电流关断角由某一初始值逐渐减小到零,利用该方法可以使感应电动机起动过程中的续流角始终小于晶闸管的触发角,这样续流角的变化就不会引起电动机端电压的振荡,因而就从根本上消除了感应电动机软起动过程中的振荡现象.文中首先通过仿真验证了该控制策略的正确性,在此基础上研制了基于关断角控制的感应电动机软起动装置的硬件电路和软件程序,并进行了样机试验,实验结果验证了理论分析的正确性.另外,文中还探讨了软起动对于感应电动机起动过程中转轴扭矩振荡的影响.大型感应电动机驱动大转动惯量负载直接起动时,其转子轴上会出现过大的扭矩振荡,这是由于定子绕组中电源频率的电流与转子中直流电流相互作用产生的具有转差频率的电磁转矩分量造成的.采用软起动会使电动机起动时转子中产生的直流电流分量大为减小,进而可以减小电磁转矩的转差频率分量,故可以有效地抑制感应电动机起动过程中作用在转轴上过大的扭矩振荡.
上传时间： 2013-07-13
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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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感应电机双馈调速系统是一种性能优越的电力拖动控制系统，它不仅降低了功率变换器的额定功率，而且能够通过调节转子电压的幅值、相位和频率来实现电机定子侧功率因数的调节。由于系统控制方法的灵活性和多样性，使得双馈电机在工业传动领域、风力发电以及抽水蓄能电站中拥有广阔的应用前景。 本文主要对双馈电机矢量控制系统进行了相关研究。首先，比较双馈调速系统和传统的异步电机变频调速系统的异同点，阐述了双馈电机的工作原理，各种不同的磁场定向控制方式，并分析了它的稳态特性；接着，利用双馈调速系统控制方法灵活多样的特点，构建了一套交直交变换器励磁的矢量调速系统，系统模型建立在以转子磁链定向了同步旋转的坐标轴系中，可以实现双馈电机转速与无功功率的解耦控制，同时，控制交直交变换器能量的双向流动，双馈电机可以在超同步、亚同步方式下运行，通过计算机仿真，验证了这种控制方式的可行性和正确性；随后，阐述了双馈电机的功角特性，通过功角特性分析了电机的静态稳定性，并建立了双馈电机的开环电压控制、开环电流控制以及矢量控制的小信号模型，对上述几种控制方式下的双馈电机暂态稳定性进行了深入研究；最后，综合上述讨论结果，设计了双馈电机的控制系统硬件部分，并给出了部分软件设计流程。
上传时间： 2013-07-25
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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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长期以来，小电流接地系统单相接地的故障选线和定位问题一直没能很好的解决，由于系统故障信号微弱，易受到各种干扰的影响，同时故障条件、运行方式的可变性，使得信号特征也不一样，因此已经提出并在实践中取得应用的一些方法都存在着一定的缺陷，无法适应多变的故障情况。本文在了解国内外配电网故障选线研究工作的基础上，对各种选线方法进行了归纳总结，并对存在的问题实质进行了深入分析。本文采用小波变换分析了单相接地故障时系统暂态电流分量的分布特征，讨论了通过数据融合技术把多种选线方法融合，从而为小电流接地系统单相接地故障选线提供了一条新的路径。
上传时间： 2013-07-01
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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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随着焊接技术、控制技术以及计算机信息技术的发展，对于数字化焊机系统的研究已经成为热点，本文开展了对数字化IGBT逆变焊机控制系统的研究工作，设计了数字化逆变焊机的主电路和控制系统的硬件部分。 本文首先介绍了“数字化焊机”的概念，分析了数字化焊机较传统的焊机的优势，然后结合当前数字化焊机的国内外发展形势，针对数字信号处理技术的特点，阐明了进行本课题研究的必要性和研究内容。文章随后列出了整个数字化逆变焊机的设计思路和方案，简要介绍了数字信号处理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特点，较为详细地解释了以DSP为核心的控制系统设计过程。根据弧焊电源控制的要求，选择了控制器的DSP型号。 逆变焊机的主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构(逆变频率20KHz)，由输入整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流电路和输出直流电抗器组成。文中简略介绍了主电路的设计要点及元件的选型和参数的计算，并对所设计的主电路进行了Matlab计算机仿真研究。 在控制系统的设计中，采用TI(美国德州仪器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作为CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特点，为弧焊逆变器控制系统真正实现数字化提供了条件。在DSP最小系统、电压电流采样调理模块、保护模块、键盘与显示模块等主要模块的作用下对整个焊接电源进行了实时的闭环控制与焊接过程的实时监控。控制电路采用脉宽调制方式(PWM)进行输出控制，即：控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。设计了专门的“分频电路”，DSP输出的控制脉冲经过“分频电路”分成两路后，再经IGBT专用驱动模块M57959L，进行功率放大后，触发IGBT。DSP对输出电流和电弧电压进行实时采样，采用离散的PI控制算法计算后，输出相应的控制量来实时调节IGBT驱动脉冲的脉宽，进而调制输出电流，达到控制焊机输出的目的。 经过实验，得到了相应的输出电压电流波形、PWM波形和IGBT门极驱动的实验波形，该控制系统基本符合逆变焊机的工作要求。 最后，在对本文做简要总结的基础上，对于本逆变焊机的进一步完善工作提出了建议，为数字化焊机控制系统今后更加深入的研究奠定了良好的基础。
上传时间： 2013-08-01
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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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电压源型PWM逆变器在当前的工业控制中应用越来越广泛，在其应用领域中，交流电动机的运动控制是其很重要的组成部分。在PWM逆变器的控制过程中，设置死区是为了避免逆变器的同一桥臂的两个功率开关器件发生直通短路。尽管死区时间很短，然而当开关频率很高或输出电压很低时，死区将使逆变器输出电压波形发生很大畸变，进而导致电动机的电流发生畸变，电机附加损耗增加，转矩脉动加大，最终导致系统的控制性能降低，甚至可能导致系统不稳定。为此，需要对逆变器的死区进行补偿。本文针对连续空间矢量调制提出了一种改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法；针对断续空间矢量调制提出了通过改变空间矢量作用时间，来改变驱动信号脉冲宽度的补偿方法，并对这两种方法进行了理论分析和仿真研究。 本文首先详细分析了死区时间对逆变器输出电压和电流的影响，以及功率开关器件寄生电容对输出电压的影响。其次对已提出的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法进行了理论分析，该方法先计算出补偿电压，再对由零电流钳位现象引起的补偿电压极性错误进行校正，极性校正的参考量为d轴补偿电压的幅值，然而补偿电压的大小随电流的变化而变化，因此该方法存在电压极性校正时参考量为变化量的缺点，而且该方法只适用于id=0的控制方式，适用性较差。针对这些问题，本文提出了改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的补偿方法，改进后的方法是先对由零电流钳位现象引起的电流极性错误进行校正，然后再计算补偿电压的大小，电流极性校正时的参考量为三相电流极性函数转化到γ-坐标系的函数sγ的幅值，sγ的幅值与补偿电压大小无关为恒定值，而且适用于任何控制方式，适应性强。再次把改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法应用到PMSM矢量控制系统中，采用MATLAB和Pspice两种方法进行了仿真研究，仿真结果验证了补偿方法的有效性。对两种仿真结果的对比分析，表明PSpice模型能更好的模拟逆变器的非线性特性。 最后，文章分析了连续空间矢量调制和断续空间矢量调制的输出波形的区别和死区对两种波形影响的不同。针对DSP芯片TMS320LF2407A硬件产生的断续SVPWM波，提出了根据电压矢量和电流矢量的相位关系，通过改变空间矢量作用时间，来改变驱动信号脉冲宽度，对其进行死区补偿的方法。给出了基本空间矢量作用时间调整的实现方法，并建立了MATLAB仿真模型，进行仿真研究，仿真结果验证了补偿方法的正确性和有效性。
上传时间： 2013-06-04
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