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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随国民经济的飞速发展，用电量的日益增加，电网的经济运行已是一个不可忽视的问题。因此，如何降低网损，提高电力系统的输电效率，保证电力系统的经济运行是电力系统面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。 电力系统在运行过程中，由于感性负载的存在，使电网无功功率大量增加。另外，近些年来，国民经济各部门大力推广使用各种新型的电力电子整流装置，他们在减少能量耗损的同时，也带来了功率因数下降、电压波动、闪变、三相不平衡以及谐波干扰等问题。其最终结果都是使配电设备的使用效能得不到充分发挥，设备的附加功耗增加。因此，进行有效的无功功率补偿，提高功率因数是电网及电力系统安全经济运行的重要保证。毫无疑问，无功功率补偿的研究势在必行。 我国与世界上发达国家相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大差距，因此在我国大力推广无功补偿技术尤为迫切。 对于实际应用的MCR，要求能够自动控制。本文采用以单片机为核心的控制器方案，包括检测电路、控制电路、触发电路、键盘显示电路和通信电路等。检测电路用于检测变压器二次侧的电压和电流并获耿同步信号；控制电路根据相应的控制策略，对检测信号和给定输入量进行计算，给出控制信号；触发电路根据控制信号输出的控制信号产生相应触发角的晶闸管触发脉冲；键盘可用来输入各种控制指令，显示电路可以直观的输出系统的各种状态；通信电路提供与控制站的数据交换，以便实现电力系统的集中控制。 文中对补偿器模型进行了实验验证，实验结果与文中分析一致，说明了本文补偿理论的正确性和可行性。
上传时间： 2013-06-22
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永磁同步电动机交流伺服系统作为交流伺服系统的主流，在工业生产自动化领域中应用广泛、前景广阔。永磁同步伺服电动机作为伺服系统的执行机构，其性能的优劣在很大程度上决定了整个伺服系统的性能。因此，精心设计性能优异的永磁同步伺服电动机具有重要的理论意义和应用价值。本课题系统研究了永磁同步伺服电动机的本体设计，包括设计方法、性能计算、有限元分析、参数计算、控制仿真、实验测试等。 首先，综述和分析了永磁同步伺服电动机的研究现状、存在问题和发展前景，研究了永磁同步伺服电动机的设计特点和方法。开发了永磁同步伺服电动机的电磁计算程序，结合有限元计算数值的校正，完成对样机的性能计算，计算结果较为准确。 接着，深入分析永磁同步伺服电动机的气隙磁场，得到充磁方式、极弧系数、不均匀气隙、永磁体厚度等因素对气隙磁场的影响，绘制了各因素对气隙磁场基波和谐波总量影响的曲线，通过优化设计，得到了明显改善的正弦气隙磁场。并拓展研究总结了不同永磁体形状和尺寸对永磁直流电动机在换向和性能上的影响，取得有实用价值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet电磁分析软件建立了永磁同步伺服电动机的有限元分析模型，深入研究了电机的反电势波形、稳态运行性能和齿槽转矩，计算了直、交轴同步电抗等重要参数。建立了永磁同步伺服电动机Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并进行了仿真研究。 最后，对永磁同步伺服电动机进行了实验测试和分析，包括反电势波形与磁场波形测试、性能曲线测试、直交轴同步电抗的测量。对测试结果与设计结果进行了比较分析，验证了设计方法的正确性。
上传时间： 2013-08-04
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本文致力于可并联运行的斩控式单相交流斩波变换器的研究。交交变换技术作为电力电子技术一个重要的领域一直得到人们的关注，但大都将目光投向AC-DC-AC两级变换上面。AC/AC直接变换具有单级变换、功率密度高、拓扑紧凑简单、并联容易等优势，并且具有较强扩展性，故而在工业加热、调光电源、异步电机启动、调速等领域具有重要应用。斩控式AC/AC 电压变换是一种基于自关断半导体开关器件及脉宽调制控制方式的新型交流调压技术。 本文对全数字化的斩控式AC/AC 变换做了系统研究，工作内容主要有：对交流斩波电路的拓扑及其PWM方式做了详细的推导，着重对不同拓扑的死区效应进行了分析，并且推导了不同负载情况对电压控制的影响。重点推导了单相Buck型变换器和Buck-Boost 变换器的拓扑模型，并将单相系统的拓扑开关模式推导到三相的情况，然后分别对单相、三相的情况进行了Matlab仿真。建立了单相Buck 型拓扑的开关周期平均意义下的大信号模型和小信号模型，指导控制器的设计。建立了适合电路工作的基于占空比前馈的电压瞬时值环、电压平均值环控制策略。在理论分析和仿真验证的基础上，建立了一台基于TMS320F2808数字信号处理器的实验样机，完成样机调试，并完成各项性能指标的测试工作。
上传时间： 2013-04-24
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社会发展对内燃机车柴油机安全、节能、低污染等方面提出了更高的要求，传统的机械式控制已很难满足这些新要求。对机车柴油机采用电子控制技术成为当前提高柴油机乃至整车性能的一种有效方法。柴油机电子控制技术包含的范围很广，其中标定技术决定了电控系统中最佳控制参数的获取，从而影响着柴油机的工作性能，而喷油泵特性的标定是标定众多内容中首先要解决的问题，因此本文将机车柴油机电控系统中的油量特性标定作为研究重点，首先对电控单体泵的组成和原理进行了分析，确定了其作为机车应用的合理性；其次完成了电子燃油喷射控制单元的设计，并对其实验方法进行了研究。 喷油泵在匹配任何一种类型柴油机之前，其数学模型和控制特性应该基本确定，能不能使得被匹配的柴油机性能达到最佳水平，将取决于能否通过有效的标定方法来获得准确的喷油控制参数。本文在电子控制单元基本功能完成的基础上，充分利用现场总线技术的优势，在实现物理层和数据链路层接口的同时，针对标定应用进行了扩展，制订出一套完整的通信协议，并开发出上位机标定软件，使得电子控制单元与上位机之间建立起了良好的通信平台。标定系统的建立同时为机车故障诊断技术带来了新思路，本文提出了一种基于分布式机车控制网络的故障诊断策略，多个智能化节点可以共同来完成复杂的故障诊断操作，性能完备的网络构成和通讯协议使得大量故障信息的交互显得有条不紊。这种思路，对电控系统乃至整车的故障诊断技术的发展产生着深远的影响。 方案的确定，软硬件的设计，实验方法的分析，都必须结合真正的台架实验，在实验过程中不断的改进。本文最后，介绍了在机车厂单体泵试验台上进行的电磁阀驱动和油泵特性标定实验，从中获得了机车柴油机电控系统研究的宝贵经验，为后期的柴油机匹配实验打下了坚实的基础。
上传时间： 2013-04-24
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-04-24
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全数字调制解调技术具有多速率、多制式、智能性等特点，这极大的提高了通信系统的灵活性和通用性，符合未来通信技术发展的方向。 本文从如下几个方面对全数字调制解调器进行了深入系统研究：1，在介绍全数字调制解调器的发展现状和研究QPSK通信调制解调方式的基础上，依据软件定性仿真分析了QPSK正交调制解调系统，设计出了满足系统要求的实现电路框图并选定了芯片；2，在完成了基于FPGA芯片实现QPSK调制解调的算法方案设计基础上，利用VHDL语言完成了芯片程序的设计，并对其进行了调试和功能仿真；3，利用设计出的调制解调器与选定的AD、DA、正交调制解调芯片，完成了QPSK通信系统的硬件电路的设计并完成了调制电路的研制；4，完成电路的信息速率大于300Kbps，产生的中频信号中心频率70MHz，带宽500KHz，满足系统设计要求，由于时间关系解调电路仍在调试中。 本文基于FPGA实现的QPSK数字调制解调器具有体积小、集成度高和软件可升级等优点，这为设计高集成和高灵活性的通信系统提供了技术基础。
上传时间： 2013-07-08
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随着当今生产力的发展和技术的进步，生产设备的自动化程度越来越高，传统的监控手段已不能满足生产自动化、智能化和网络化的需求。智能巡检终端作为生产安全的重要辅助设备，能在复杂环境下实现对多设备多信号量的实时采集和处理，可以作为解决生产设备安全运行的主要手段之一。近来年嵌入式技术以其强大的处理能力、高度的可靠性在微控制领域的应用越来越广泛。无线通信技术，特别是GPRS无线网络技术的快速发展。使互联网等宽带数据网络与无线通信网络实现互联，能够大大提高无线监控效率。在分析研究了当前国内、外设备巡检系统研究现状，并结合嵌入式技术和GPRS无线网络通讯技术的基础上，根据实际项目企业的具体生产要求，论文提出了一种基于GPRS无线通信技术与嵌入式技术的无线智能设备巡检系统。 本系统采用三星公司的ARM920TS3C2410芯片作为系统处理器，处理器从外部传感器采集到的相关数据，如：温度、湿度、压力等，通过SIM—300GRPS无线通讯模块的AT命令将数据通过无线网络传送到移动运营商GPRS网络中，然后将数据传送到生产监控中心(指定IP地址或域名)监控中心，监控中心可以通过专门软件对从各监控点传递的数据作出分析处理，并通过GPRS网络将相关控制命令反馈给各个监控点。 本课题主要工作集中在两个方面：一方面是GPRS无线收发设备硬件实现，在这一部分涉及到模块硬件功能设计、无线模块、嵌入式处理器的选型；另一方面是软件设计，给出了系统软件开发流程，完成了各模块的开发工作。研究和试验表明，该系统具有价格低廉、稳定可靠的特点，能满足远程无线数据传输的实际需求。
上传时间： 2013-06-01
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显示技术被定义为新世纪世界朝阳产业之一。几十年来，LED显示技术成为一项使用最广泛和最普及的技术，由于其极高的性价比、高亮度、主动发光等特性，使得LED构成的大屏幕已经被广泛的应用于车站、码头、广场等各种场合以及各企事业单位，成为各单位、部门很好的信息发布与交流工具。传统的显示技术以简单的8位或者16位单片微控制器为核心，其运算速度、内存容量、存储空间和通讯方式等方面存在着很大的局限性，很难实现高难度图文动态特技显示和高灰度级显示，并且无法满足信息容量大和处理速度很高的场所。 本文在分析LED显示控制原理、灰度级实现以及彩色显示实现原理的基础上，制定了ARM+FPGA的LED点阵显示控制方案，采用三星公司S3C2410芯片上的LCD显示接口，设计了显示数据重组、非线性占空比γ反校正等逻辑，结合FPGA技术实现了高性能的LED点阵显示控制；同时研究了嵌入式Linux操作系统，在实验基础上详细论述基于Linux操作系统的帧缓存设备模块加载模式下的控制技术，并开发基于ARM平台的LED显示屏播放以及管理应用程序。 本文的创新之处在于提出并系统研究了改善LED显示效果的数据重组技术以及非线性占空比下的γ反校正技术，并通过软硬件调试系统达到预期显示效果。
上传时间： 2013-04-24
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随着国民经济的快速发展，我国对于电力的需求和依赖性也越来越大。同时，对变电站及电网的安全和稳定也提出了更高的要求。2008年的南方冰雪灾害造成了电力设施及输电线路的重大损失，严重危害了电网的正常工作，影响了人民的正常生活和工厂的正常运行。电力部门需要一种能够实时监控变电站设备的监控系统，第一时间监测到电力设备的损坏和人为因素的破坏，迅速做出处理，将损失减小到最低值。随着电力部门网路化的全面普及，各个变电站有了相应的通讯网络，使得监控系统网络传输成为可能。 课题探索了低功耗、高性能、低成本并具有丰富芯片资源的嵌入式处理器和内核精简、性能强悍、源码开放及开发成本低的操作系统，设计和实现了基于ARM9和嵌入式Linux操作系统的变电站监控系统，实现了对变电站设备的实时视频监控、红外线监测和烟雾火灾探测等功能。系统硬件采用模块化设计，主控制器模块采用三星公司的S3C2410A高性能芯片作为嵌入式微处理器，设计了外围接口电路和其它外围设备电路；视频监控模块采用OV511系列USB摄像头进行图像采集；红外线防盗监测模块采用热释电红外线传感器配合菲涅尔透镜设计了报警电路；烟雾火灾探测模块采用Motorola公司生产的离子型烟雾检测芯片MC14468，设计了监测电路。系统软件开发分两层，下层软件开发构建了交叉编译环境，移植了嵌入式Linux操作系统并利用Video4Linux API库函数接口完成了视频图像采集程序的设计，同时对摄像头驱动程序进行了提取和编译；上层软件开发实现了对采集的视频数据在网络中传输，使用Visual C++设计了客户端监控应用界面，实现人机交互，并对所采集视频图像进行了最优化处理。 课题针对现有监控系统存在的不足进行改进，集视频监控、红外线防盗监测和火灾报警等功能于一体，充分发挥嵌入式系统和计算机网络的优势，设计出了功能丰富，性能优良的变电站监控系统。提高了变电站运行和维护的安全性及可靠性，并逐步实现了电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。
上传时间： 2013-04-24
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