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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上传时间： 2013-06-09
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上传时间： 2013-04-24
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在电力系统容量日益扩大和电网电压运行等级不断提高的潮流下，传统电磁式互感器在运行中暴露出越来越多的弊端，难以满足电力系统向自动化、标准化和数字化的发展需求，电子式互感器取代传统电磁式互感器已经成为一种必然的趋势，并成为人们研究的热点。本文围绕电子式电流互感器高压侧数据采集系统进行了研究与设计。 Rogowski线圈是电流传感元件，本文总绐了Rogowski线圈的基本原理，其中包括线圈的等效电路和相量图，线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上，结合实际设计一款高精度PCBRogowski线圈。电容分压器是电压传感元件，文章中介绍了传感器的原理、传感器的模型结构，针对其自身结构缺陷和工作环境的电磁干扰，提出具有针对性的电磁兼容设计方法。 积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点；数字积分器具有性能稳定，精度高等优点。后者的优势使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个热点问题。本文设计了一套数字积分器设计的方法，其中包括了积分算法的选择，积分输入采样率和分辨率的确定，数字积分器的通用结构，积分初值的选择方法等。 为了保证系统的运行稳定，文章中的系统只采用激光供电模式，降低数据采集系统的功耗就成了系统设计的一个重要环节。文章中介绍了一些实用的低功耗处理方法，分析了激光器的特性，光电池的特性和光电转换器件的特性，并根据这些器件的特性，改进了数据发送激光器的驱动电路，大幅度降低了系统的功耗，保证了系统在较低供电功率条件下的正常运行。 论文最后对全文工作进行总结，提出进一步需要解决的问题。
上传时间： 2013-07-10
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随着世界经济的高速发展、人口的增长和科技的进步，传统能源的消耗量越来越大，这就带来了一系列能源的耗尽和环境污染问题。太阳能作为一种优越的可再生能源而受到世界各国的重视并具有较大发展潜力。为了进一步提高系统的性能，实现系统的优化及可靠运行，本文研究独立运行光伏发电系统的结构、工作原理和控制策略。相对并网系统，这对于国家正大力发展的西部太阳能资源开发来说是具有现实意义的。 首先，本文详细介绍了光伏发电的国内外研究背景，光伏电池的种类、发电原理及输出特性，并介绍了独立运行光伏发电系统的组成、运行原理和应用，在此基础上论述了光伏系统常用的DC/DC变换电路，负载最大功率跟踪（MPPT）的方法等人们普遍关注的问题。融合了上述原理技术，设计一个功率为25W的独立运行光伏发电系统。 其次，为减小传统的固定步长的扰动法进行最大功率跟踪的步长大振荡大，步长小跟踪速度慢的缺陷，本文提出了电压自适应最大功率跟踪算法，其原理是引入了不同的步长系数，根据功率变量值的大小，确定合适的控制步长进行电压参考值的给定，并在MATLAB环境下利用Simulink工具搭建模型进行仿真，仿真结果验证了此种跟踪方法具有快速性、稳定性和准确性等优点。 最后，搭建硬件电路，通过对电池板的不同安装角度测量得到的数据，得出不同季节在大连地区安装的不同最佳角度值。设计了25W的独立运行光伏发电系统的主电路及其控制电路，包括光伏电池的选择，Boost主电路参数、控制电路部分、驱动电路及其检测电路各模块分别进行了详细的探讨；对独立系统的储能装置蓄电池的充放电电路进行了设计，利用单片机dsPIC30F3011控制电路同时实现了最大功率跟踪和蓄电池的充电电压、放电极限电压及充电电流的控制，可防止过充过放现象的发生，从而实现独立光伏发电系统的可靠运行。
上传时间： 2013-04-24
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随着信息技术的飞速发展，数据吞吐量急剧增长，要求有更高的传输速度，来满足大量数据的传输，而原有的并行数据传输总线结构上存在自身无法克服的缺陷，在高频环境下容易串扰，而增大误码率。SATA串行总线技术应运而生。作为一种新型的总线接口，它提供了高达3.0Gbps的数据传输速率，使用8B/10B编码格式，采用LVDS NRZ串行数据传输方式，有良好的抗干扰性能，有更强的达到32位的循环冗余校验，并且提供了良好的物理接口特性，支持热拔插，代表着计算机总线接口技术的发展方向。FPGA作为一种低功耗的半导体器件，在高频工作环境中有优良的性能，将处理器与低功耗FPGA结合起来使用是数据存储应用的趋势，这样能够使得接口方案更加灵活。而在众多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平台内部集成了PowerPC高性能处理器，并且其中提供了Rocket IO MGT这种嵌入式的多速率串行收发器，能够以6.25-622Mb/s的速度传送数据，并且支持包括SATA协议在内的多种串行通信协议。 本文从物理层、链路层、传输层分析了SATA1.0技术的接口协议，在此基础提出满足协议需求和适合FPGA设计的设计方案，并给出总体设计框图，依照FPGA的设计方法，采用Xilinx公司的Virtex-4设计了一个符合SATA1.0接口协议的嵌入式存储装置，实现数据的存储，仿真运行结果正常。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：sz_hjbf
嵌入式图像采集系统具有体积小、成本低、稳定性高等优点，在远程监控、可视电话、计算机视觉、网络会议等领域应用广泛。为克服传统基于单片机的图像采集系统的种种不足，本文提出了一种新的解决方案，利用高速的ARM9嵌入式微处理器S3C2410A为硬件核心，搭配USB摄像头，结合Linux构建了一套嵌入式的图像采集系统。USB摄像头有着容易购买、性价比高等优点，但长期以来将其直接应用于嵌入式系统却很困难。随着ARM微处理器的广泛应用，嵌入式系统的性能得到了极大的提升。人们逐渐将操作系统引入其中，方便系统的管理和简化应用程序的开发。Linux是一个免费开源的优秀操作系统，将其移植到嵌入式系统中能够对系统进行高效地管理、极大地方便应用程序的开发。嵌入式的Linux操作系统继承了Linux的优良特性，还有着节约资源，实时性强等优点。在本方案中以嵌入式Linux操作系统为基础，借助其对USB、网络等的强大支持能力来构建高度灵活的图像采集系统。通过利用Linux操作系统内建的video4Linux对摄像头进行编程，实现了将USB摄像头采集到的视频数据进行显示和存为图片的功能。本文中具体讲述了嵌入式的软硬件平台的构建，USB摄像头的驱动开发，图像采集应用程序的实现等。本文提出的嵌入式图像采集方案适用于市面上绝大多数流行的USB摄像头，还能把得到的图像通过以太网传输以实现远程的监控。这套方案利用应用程序编程接口video4linux所提供的数据结构、应用函数等，实现了在Linux环境下采集USB摄像头图像数据的功能，并运用嵌入式的GUI开发工具Qt/Embedded来编写最终的应用程序实现了美观的用户界面。充分运用Linux操作系统和其工具的强大功能来实现图像采集， 对基于Linux内核的后续图像应用开发具有实用意义。本系统完全基于开放的平台和模块化的实现方法，具有良好的可移植性，可方便地进行各种扩展。这种方案所实现的图像采集系统成本低，灵活性高，性能好，是一种优良的解决方案。本文详细介绍了这种基于Linux系统和S3C2410A平台的嵌入式图像采集系统。关键词：嵌入式，ARM，USB，图像采集，Linux
上传时间： 2013-06-05
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随着我国工农业生产的发展和人民生活水平的提高，作为国民经济基础之一的电力行业取得了迅猛的发展，电力系统输配电的安全性和可靠性也越来越受到电力系统运行、管理和科研人员的关注。输电线路的各种事故是影响电力线路安全运行的重要因素之一。本文正是在这一前提下，在参考国内外大量文献及研究成果的基础上，设计实现了一套输电线路综合在线监测系统。 本文研制的输电线路在线监测终端通过测量线路的泄漏电流、分布电压、气候参数以及图像信息，并将数据进行采集、处理后，将数据发送到后台监控中心，达到对输电线路运行状况进行实时监测的目的，并以此为依据给出线路的评估信息提供给电力部门作为其安排检修的依据，可以大大减少电力部门的工作量并预防线路事故的发生。 针对本系统功能丰富、监测参数众多的特点，作者设计了基于ARM的数据采集与传输系统。通过对ARM资源的合理分配，实现了监测终端的数据采集处理功能。终端的数据传输功能由ARM和无线传输模块配合完成，实现了GPRS和GSM SMS两种数据传输方式。 本文是对输电线路综合在线监测终端数据采集与传输系统设计和研究工作的总结，本文内容主要偏重于监测终端硬件和软件的研究设计。论文在最后一部分对运行得到的数据也进行了分析、总结。 本文研制的输电线路综合监测终端已在在几条高压输电线路上挂网运行，运行结果表明系统各方面性能良好，满足设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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近年来，以电池作为电源的微电子产品得到广泛使用，因而迫切要求采用低电源电压的模拟电路来降低功耗。目前低电压、低功耗的模拟电路设计技术正成为微电子行业研究的热点之一。 在模拟集成电路中，运算放大器是最基本的电路，所以设计低电压、低功耗的运算放大器非常必要。在实现低电压、低功耗设计的过程中，必须考虑电路的主要性能指标。由于电源电压的降低会影响电路的性能，所以只实现低压、低功耗的目标而不实现优良的性能(如高速)是不大妥当的。 论文对国内外的低电压、低功耗模拟电路的设计方法做了广泛的调查研究，分析了这些方法的工作原理和各自的优缺点，在吸收这些成果的基础上设计了一个3.3 V低功耗、高速、轨对轨的CMOS/BiCMOS运算放大器。在设计输入级时，选择了两级直接共源一共栅输入级结构；为稳定运放输出共模电压，设计了共模负反馈电路，并进行了共模回路补偿；在偏置电路设计中，电流镜负载并不采用传统的标准共源-共栅结构，而是采用适合在低压工况下的低压、宽摆幅共源-共栅结构；为了提高效率，在设计时采用了推挽共源极放大器作为输出级，输出电压摆幅基本上达到了轨对轨；并采用带有调零电阻的密勒补偿技术对运放进行频率补偿。 采用标准的上华科技CSMC 0.6μpm CMOS工艺参数，对整个运放电路进行了设计，并通过了HSPICE软件进行了仿真。结果表明，当接有5 pF负载电容和20 kΩ负载电阻时，所设计的CMOS运放的静态功耗只有9.6 mW，时延为16.8ns，开环增益、单位增益带宽和相位裕度分别达到82.78 dB，52.8 MHz和76°，而所设计的BiCMOS运放的静态功耗达到10.2 mW，时延为12.7 ns，开环增益、单位增益带宽和相位裕度分别为83.3 dB、75 MHz以及63°，各项技术指标都达到了设计要求。
标签： CMOSBiCMOS 低压 低功耗
上传时间： 2013-06-29
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