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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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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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。本论文首先分析了提高断路器可靠性的途径，介绍了相控开关的研究意义及其优点；相控开关的基本原理和分合闸操作过程，为同步开关选相控制器的设计提供了理论依据。 永磁操动机构是近几年正在发展的一种新型操动机构，它利用永久磁铁产生的磁力将真空断路器保持在分合闸位置，而无需任何传统机械脱扣锁扣装置。它机构零部件少，结构简单，使断路器动作的可靠性大大提高。二次控制回路采用电子控制模块，动作迅速并可以实现精确时间控制，采用开关电源输入范围宽，输入输出用光耦隔离，功耗低，极大地提高了可靠性，使永磁机构真空断路器成为真正意义的免维护智能化断路器。单线圈永磁机构结构简单、体积小，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单线圈永磁机构，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单线圈永磁机构能很好地满足相控开关的要求，是相控开关的理想选择。 本文详细介绍了以Mega16为控制核心的单线圈永磁机构智能控制器，这种控制系统集保护、控制、开关量监测等功能于一体。可实现对电容电压实时显示，具有过电流速断保护、过电压和欠电压保护、闭锁以及报警等功能。 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系统的完善和优化提供了有益的经验和参考。
上传时间： 2013-07-02
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汽车从批量生产到现在已经有100多年的历史，其中，车辆电子化、电动化取得了惊人的进展，伴随而来的是汽车用电量的迅速增加。专家预计到2010年电气方面功率会达到10kW，电流将会增加3倍以上，如不增加电流，最有效的方法是尽量提高汽车电源供电电压。电压最好能在人体安全电压范围(DC60V)以下，42V是一种解决办法。采用42V电源，可以直接减小导线尺寸和实现轻量化，从而降低成本。 在新的42V电源系统中，采用42V/14V双电压方案，对目前的电气系统冲击较小，过渡平缓。本文在综合国内外相关研究的基础上，对42V/14V双电压电气系统的技术发展以及现状进行了较系统的研究。主要研究内容如下： 首先，本文分析了汽车电源升压的原因，介绍了国内外的现状。研究探讨新型42V电源系统对汽车蓄电池的影响，介绍了混合动力车用蓄电池的特点，比较目前混合动力车用几种蓄电池的方案。因为42V/14V双电压共存，存在多种直流电压变换器，本文分析了DC/DC变换器的结构和原理，设计了高频斩波型和二重软开关两种DC/DC变换器模块方案。 其次，介绍了混合动力汽车42V一体化启动发电机系统装置的特点，叙述其工作原理和系统组成。提出了一种基于永磁同步电机ISG系统的设计方案。在对永磁同步电机理论研究的基础上，本文完成了对永磁同步电机起动的实验和调试。通过对实验样机做起动实验，验证了本文设计的ISG系统及电机的硬件驱动的可行性。 最后，汽车电源系统升压会产生更高的瞬态高压和更强的电磁干扰，本文简要分析了其产生的原因，阐述了基本的抑制方法。 目前汽车电源系统由14V电源向42V电源发展已经是必然的趋势。作为过渡阶段，对42V/14V双电压系统的研究将会是汽车界最近时期的一个重要内容。42V汽车电源系统标准的实施，将对汽车电器和电子设备带来巨大的冲击，同时也会给整个汽车界带来新一轮的电气技术革命。
上传时间： 2013-07-23
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多电平逆变器中每个功率器件承受的电压相对较低，因此可以用低耐压功率器件实现高压大容量逆变器，且采用多电平变换技术可以显著提高逆变器输出电压的质量指标。因此，随着功率器件的不断发展，采用多电平变换技术将成为实现高压大容量逆变器的重要途径和方法。本文选取其中一种极具优势的多电平拓扑结构一级联多电平变频器作为研究对象，完成了其拓扑结构、控制策略及测控系统的设计。 @@ 首先，对多电平变频器的研究意义，国内外现状进行了分析，比较了三种成熟拓扑结构的特点，得出了级联型多电平变频器的优点，从而将其作为研究对象。对比分析了四种调制策略，确定载波移相二重化的调制方法和恒压频比的控制策略，进行数学分析和理论仿真，得出了选择的正确性及可行性。并指出了级联单元个数与载波移相角的关系和调制比对输出电压的影响；完成了级联变频器数学模型的建立和死区效应的分析。 @@ 其次，完成了相关硬件的设计，包括DSP、CPLD、IPM的选型，系统电源的设计、检测(转速、电流、电压、故障)电路的设计、通信电路的设计等。用Labwindows/CVI实现了上位机界面的编写，实现了开关机、设定转速、通信配置、电压电流转速检测、电流软件滤波、谐波分析。编写了下位机DSP的串口通信、AD转换、转速检测(QEP)以及部分控制程序。 @@ 最后，在实验台上完成硬件和软件的调试，成功的实现了变频器载波移相SPWM的多电平输出，并驱动异步电机进行了空载变频试验，测控界面能准确的与下位机进行通信，快捷的给定各种控制命令，并能实时的显示变频器的输出频率、输出电压和输出电流，为实验调试增加了方便性，提高了工作效率。 @@关键词：级联多电平逆变器；载波移相；IPM；DSP；Labwindows/CVI；测控界面
上传时间： 2013-04-24
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船舶自动操舵仪又称自动舵，用来保持船舶在给定航向或航迹上航行，是船舶操纵的关键设备。船舶自动舵尚没有专用的故障诊断系统，当前的维修方法不能满足快速保障和应急保障的需要。本文结合某型自动舵微机通道故障诊断科研项目，重点论述某型自动舵数字控制系统的故障诊断设计与实现，研究了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统和基于支持向量机的船舶自动舵模拟电路故障诊断方法。 对某型自动舵充分调研，在了解系统软、硬件的总体技术要求和指标的基础上，建立检测对象的数学模型和物理模型。确定故障检测的对象特点，为系统故障仿真、参数辨识做好准备，并为后续的故障检测、诊断方法研究提供了参考。 结合某型自动舵数字控制系统实际情况，确定其故障诊断系统采用分层递阶结构。系统底层为基于嵌入式微处理器的信号检测单元，负责获取微机通道的总线控制权以及信号预处理；系统中间层为通讯子系统，负责对底层多个检测单元信息集中传送；系统顶层为故障诊断和显示子系统，负责对微机通道的信息进行综合评价，得出最终诊断结论。 船舶自动舵系统结构繁杂，很多故障很难用精确的公式将它表示出来，提出了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统，提高了自动舵故障诊断准确性。该系统将模糊数学、模糊诊断原理及专家经验相结合，采用模糊产生式知识表示法，确定模糊关系矩阵及语义距离，设计相关硬件平台，实现了船舶自动舵故障诊断模糊专家系统的各个功能模块。 为解决船舶自动舵模拟电路故障诊断复杂多样难于辨识的问题，提出了基于支持向量机的故障诊断方法。该方法通过电路仿真分析，给出了各故障模式下电压频率响应，提取具有代表性的故障特征，建立了以支持向量机为基础的模拟电路故障诊断模型。实验结果证明，该方法可有效诊断模拟电路中的元件故障，且对于元件容差引起的故障诊断模型的不确定性具有较强的鲁棒性，满足非线性电路的故障诊断要求。
上传时间： 2013-04-24
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高压直流电源广泛应用于医用X射线机，工业静电除尘器等设备。传统的工频高压直流电源体积大、重量重、变换效率低、动态性能差，这些缺点限制了它的进一步应用。而高频高压直流电源克服了前者的缺点，已成为高压大功率电源的发展趋势。本文对应用在高输出电压大功率场合的开关电源进行研究，对主电路拓扑、控制策略、工艺结构等方面做出详细讨论，提出实现方案。 高压变压器由于匝比很大，呈现出较大的寄生参数，如漏感和分布电容，若直接应用在PWM变换器中，漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器件，分布电容的存在会使变换器有较大的环流，降低了变换器的效率。本文选用具有电容型滤波器的LCC谐振变换器为主电路拓扑，它可以利用高压变压器中漏感和分布电容作为谐振元件，减少了元件的数量，从而减小了变换器的体积。 LCC谐振变换器采用变频控制策略，可以工作在电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)，本文对这两种工作模式进行详细讨论。针对CCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，用基波近似法推导出变换器的稳态模型，给出一种详尽的设计方法，可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关，减小电流应力和开关频率的变化范围，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为41kV，功率为23kW的高频高压电源，实验结果验证了分析与设计的正确性。 针对DCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，该变换器可以实现零电流开关，有效地减小IGBT拖尾电流造成的关断损耗。论文通过电路状态方程推导出变换器的电压传输比特性，在此基础上对主电路参数进行设计，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为66kV，功率为72kW的高频高压电源，实验结果表明了方案的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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本文主要研究变速风力发电系统最大功率点的跟踪问题，以使风力机在处于额定风速以下时能够实现最大风能捕获。风力发电系统所采用的功率变流器和最大功率点的跟踪控制策略提供了基本的研究平台，以完成本课题的研究。 为了将风能输送给电网，变速风力机要有变流器将发电机发出的电压和频率都不断改变的电能转换成恒频恒压的电能，再传输给电网。本文采用了变速风力机，永磁发电机，三相AC-DC-DC-AC变流器，变压器等构建了变速风力发电系统。AC-DC-DC-AC变流器用于将永磁发电机发出的电压和频率都不断改变的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性，本文专门研究了单重Sepic变换器和双重Sepic变换器在变速风力发电系统中所起的作用。 一个先进的变速风力发电系统的最大功率点跟踪控制策略要对所控制的风力机起到良好的控制效果，不仅与风电系统所采用的变流器的拓扑结构有关，也与自身的控制方式有关。本文在对常用的几种最大功率点的跟踪控制策略分析研究的基础上提出了以风力机的输出功率和系统储能的变化率以及风力机转速等相关数据来确定风力机的实际工作点的最大功率点跟踪控制策略，该策略的实施不依赖于风力机自身的特性，不需要测量风速等。 由于对变速风力机的建模和仿真是理解和验证风力发电系统特性和最大功率点跟踪控制策略的可行性的重要手段。因此本文在Matlab软件的Simulink环境下对所研究的变速风力发电系统作了建模和仿真。仿真结果充分证明了本文所提出的变速风力发电系统最大功率点跟踪控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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风能作为一种清洁可再生能源，发展迅速，已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。本文以863计划项目"MW级风力发电机组电控系统研制"为研究背景，介绍了1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统，研究了变流系统中逆变器的控制方法。 本文首先对风力发电进行了概述，介绍了我国和世界风电发展状况以及技术发展趋势。当今风力发电技术，大功率直驱化和双馈是两个发展方向，本课题1.2MW风力发电系统就是采用了永磁同步电机加交直交变流系统的结构模式，中间省去了齿轮箱，减少了维护，具有较好的发展前景。 论文第二章首先对风轮机叶片的空气动力特性进行了分析，介绍了不同风速下风力发电机的控制策略。就直驱技术与变速箱/感应电机技术--目前风力发电领域变速恒频技术的两大发展方向作了较为详细的介绍分析。 在变流系统中，逆变并网是重要的环节，起到了将电能传输到电网的作用。文章中重点分析了三相并网逆变器的主电路结构、原理和工作方法，并进行了理论推导和公式说明。 本文对1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统的主电路参数的选择作了理论推导和计算，包括主电路直流侧电容，网侧电感，三重化升压电感，网侧滤波电容等，还确定了斩波和逆变部分所采用的开关管和六相整流所采用的二极管，并在额定正常工作情况下，分别计算斩波和逆变部分开关管的损耗和开关管的结温。 本课题采用瞬时电流法对并网逆变器进行控制。在实验中上确定了电压外环和电流内环的PI参数，顺利完成了闭环控制实验。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根据控制流程图对其控制进行了软硬件设计，实现了控制板上的信号采集、运算、故障检测、电路驱动等功能。并进行了小功率试验，得到了较好的电压电流波形，并对波形进行了详细分析，验证了本文采用方法的正确性。
上传时间： 2013-07-06
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卷积码是广泛应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统的信道编码方式。Viterbi算法是卷积码的最大似然译码算法，该算法译码性能好、速度快，并且硬件实现结构比较简单，是最佳的卷积码译码算法。随着可编程逻辑技术的不断发展，使用FPGA实现Viterbi译码器的设计方法逐渐成为主流。不同通信系统所选用的卷积码不同，因此设计可重配置的Viterbi译码器，使其能够满足多种通信系统的应用需求，具有很重要的现实意义。 本文设计了基于FPGA的高速Viterbi译码器。在对Viterbi译码算法深入研究的基础上，重点研究了Viterbi译码器核心组成模块的电路实现算法。本设计中分支度量计算模块采用只计算可能的分支度量值的方法，节省了资源；加比选模块使用全并行结构保证处理速度；幸存路径管理模块使用3指针偶算法的流水线结构，大大提高了译码速度。在Xilinx ISE8.2i环境下，用VHDL硬件描述语言编写程序，实现(2，1，7)卷积码的Viterbi译码器。在(2，1，7)卷积码译码器基础上，扩展了Viterbi译码器的通用性，使其能够对不同的卷积码译码。译码器根据不同的工作模式，可以对(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四种广泛运用的卷积码译码，并且可以修改译码深度等改变译码器性能的参数。 本文用Simulink搭建编译码系统的通信链路，生成测试Viterbi译码器所需的软判决输入。使用ModelSim SE6.0对各种模式的译码器进行全面仿真验证，Xilinx ISE8.2i时序分析报告表明译码器布局布线后最高译码速度可达200MHz。在FPGA和DSP组成的硬件平台上进一步测试译码器，译码器运行稳定可靠。最后，使用Simulink产生的数据对本文设计的Viterbi译码器的译码性能进行了分析，仿真结果表明，在同等条件下，本文设计的Viterbi译码器与Simulink中的Viterbi译码器模块的译码性能相当。
上传时间： 2013-06-24
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