双分数槽潜油永磁电机磁热耦合分析

针对潜油永磁电机温度过高导致定子绝缘层脱落和转子永磁体受热产生不可逆退磁问题,在定子外径不增大的情况下,提出一种特定空间角度的双分数槽集中绕组结构。首先,根据特殊的绕组结构利用有限元法对该电机模型不同时刻的磁势进行求解分析。其次,在二维瞬态场中分别得到电机空载和额定负载工况下的电磁特性。最后,利用电磁场和温度场结合的多场耦合法求解电机定子、转子、永磁体和线圈的温升。结果表明,在不改变定子外径的情况下双分数槽集中绕组结构能够有效降低电机整体温度,其中永磁体温升下降8.74%,线圈温升下降36.4%,证明了此结构设计的合理性。

基于μC/OS-Ⅲ的供电综合保护器设计

针对供电综合保护系统功能和硬实时特性的要求,使用Cotex-M3内核MCU,基于μC/OS-Ⅲ实时操作系统,应用库开发方式完成了供电综合保护器的设计。根据系统要求,将保护功能划分为数据采集处理、保护和GUI显示等10个优先级不同的应用任务。基于优先级对应用任务进行管理,任务间通过信号量、任务消息队列和事件标志组等内核对象实现通信和同步,从而达到系统实时运行。经系统仿真监测实验,表明基于μC/OS-Ⅲ的保护程序设计能可靠实现多任务系统的实时运行。通过对μC/OS-Ⅲ系统任务的监测功能的合理配置,可对软件系统运行状态进行监测,并发现软件运行细节的不足,有利于后期优化升级改进。

煤矿低压开关相敏保护器设计

针对煤矿供电系统保护中短路故障过流和电动机起动过流判别问题,设计了基于STM32芯片定时器信号输入捕获功能的相敏保护器。通过实验分析,得到异步电动机起动的功率因数判别值为0.4~0.5。硬件电路将系统电压和电流信号相位关系转换为方波,输入定时器引脚,定时器对方波相邻边沿进行捕获,获得电压和电流信号相位差的电平持续时间,从而得到系统功率因数。经测试,保护器能准确测量系统的功率因数,利用判别值实现短路故障和电动机正常起动的判别。

小型电机绕组导热系数的研究

小型电机的温升问题中电机定子槽部绕组导热系数的确定是一个难点,通过分析电机定子槽的内部结构,运用传热学的有关知识建立了定子槽部绕组的导热模型,推导出了电机定子槽部绕组导热系数的计算方法。最后通过仿真与实验的对比,验证了这种模型及系数计算方法的适用性。

参数修正的场路结合法仿真异步机起动性能

针对小型异步机起动时饱和引起的模型参数变化问题,采用有限元软件建立二维电磁场模型,通过绕组端部的电阻参数场化、漏感参数路化的修正建立场路结合模型。经过解析计算方法与场路结合模型仿真方法的计算结果对比,考察两种方法计算起动时饱和状况下的参数差别,进一步修正仿真模型参数,最后得出修正后的场路结合模型,并对起动电流、起动转矩、起动时间等特性进行仿真计算。通过实验测试研究与仿真计算对比分析,结果表明,参数修正的二维有限元场路结合模型能准确地仿真计算电机各起动性能。

基于μC/OS-Ⅲ的供电保护数据采集处理系统设计

针对供电监测保护设备多任务、实时性的要求,以Cortex-M3内核的芯片为硬件基础,基于μC/OS-Ⅲ操作系统,设计了一种低压供电保护数据采集与处理系统,软件系统中应用任务划分为数据采集处理、数据通信、数据显示、数据存储4个任务,应用任务和系统任务以独有的任务信号量实现同步,内存资源的共享以互斥信号量方式实现管理。通过μC/Probe对系统运行进行检测,结果显示系统CPU运行率高、内存使用率高,系统CPU利用率可达到59%,应用任务的堆栈利用率超过60%,数据处理任务占任务总运行时间的55.9%。经测试,系统能稳定运行,实时测量、传输、显示、记录电力系统的电压、电流值,为供电系统保护和运行提供保障。

多场耦合的电机暂态温度场计算

针对稳定负载下电机暂态温度场的计算问题,以小型封闭式结构的异步机为对象,建立电机热源计算的有限元电磁场模型,并依据散热结构特点建立相应的温度场模型,通过多场耦合的途径实现电磁场与温度场的联合,并附于电磁场、温度场相关的模型参数及联合计算参数,经电磁场适时地耦合温度场的联合计算,实现稳定负载下的温度场各暂态计算。通过搭建实验系统及测试,对电机额定负载下全域温度场实验结果和仿真对比得出,电机稳定负载下,多场耦合的联合计算能较好地计算电机全域暂态过程温度场。

基于μC/OS-Ⅲ和emWin的供电综合保护器设计

针对供电保护器实时性要求和智能化需求,使用STM32处理器,基于μC/OS-Ⅲ实时操作系统和图形交互界面emWin完成供电综合保护器设计。根据供电保护器的功能需求对系统软硬件设计,划分为优先级不同的数据采集处理、保护动作、人机交互等应用任务。基于μC/OS-Ⅲ实时操作系统对保护器各功能任务通信及同步管理,emWin库开发使保护器拥有美观图形交互界面同时也保证实时性要求。使用μC/Probe软件对系统运行性能参数检测,验证基于μC/OS-Ⅲ和emWin的保护系统能够可靠稳定地运行,具有较高的实时性,且各子程序相对独立的设计,有利于后期优化。

电机起动暂态的仿真及测试分析

针对电机起动暂态仿真计算时的模型参数时变问题,以小型异步电机为对象,建立二维有限元电磁场模型。通过绕组端部电阻参数场化、端部漏感参数路化修正建立场路结合的模型。经过模型的短路仿真与解析计算对比,进行二次修正模型参数,得到场路结合的起动暂态模型,对电机性能进行仿真计算。对不同负载转动惯量下的起动时间、起动转矩、起动电流曲线、起动转速及角位移曲线等特性进行测试。经测试与仿真计算对比分析,结果表明参数修正的场路结合模型能准确地仿真计算电机起动暂态各性能。

基于ThermNet直线电机的温度场研究

针对直线电机的温升问题,根据传热学的基本理论,建立了特种直线电机的定子槽部导热模型,确定了定子槽部导热系数以及电机定子表面的散热系数。以此为基础,用有限元分析软件Therm Net建立了电机瞬态温度场仿真模型,对直线电机的进行长时及周期工作制下温度场计算,经过仿真计算结果与实验数据分析对比,得出了该特种直线电机运行时的温度场情况,验证了直线电机温度场仿真模型和计算方法的合理性,为此类特种直线电机的设计、制造及应用提供了有效帮助。

基于Cortex-M3的新型图形交互式智能综合保护器设计

针对数字化矿山对供电设备智能化程度不断提高的要求及馈电开关综合保护器更新换代的需求,设计了一种新型图形交互式智能综合保护器。该保护器采用Cortex-M3内核芯片作为控制核心,通过嵌入式实时操作系统μC/OS-III调用、切换各项功能任务,在具备基本的短路、漏电、缺相、不平衡、过载、过压及欠压等保护功能基础上,采用UCGUI接口技术达到图形化显示,并增加了以触摸方式实现的数字键盘等功能,可实现触摸式智能人机交互。

基于多场耦合的电机复杂工况暂态温度场研究

针对负载变化的复杂工况下电机暂态温度场的计算问题,以小型封闭式结构的异步电机为对象,采用多场耦合的方法建立二维多场耦合模型,通过电磁场、温度场模型等效参数的合理设置和电磁场-温度场耦合参数的合理设置,计算复杂工况下电机二维全域暂态温度场。结合各种复杂工况下负载变化的热积累特点,以及电机全域及定子、绕组、转子和外壳等典型部位的温升变化,分析各种复杂工况下电机温升变化规律。通过搭建实验平台测试全域暂态温度场,分析对比实验数据与仿真数据,证明通过合理设置模型等效参数和耦合参数,多场耦合方法能准确的计算复杂发热状况下的电机暂态温度场、温升分布及变化规律。

供电综合保护器实时系统μC/OS-Ⅲ多任务中断管理设计

针对供电综合保护器任务多且前后台系统实时性差的问题,以STM32库开发方式,结合μC/OS—Ⅲ实时操作系统中断管理机制对保护器进行多任务中断管理设计。根据保护器功能特点,对保护器进行多任务划分,通过开启延迟发布模式,对数据采集、数据接收、数据存储等任务进行中断管理设计,提高了任务对事件的响应和处理,并且使用实时内核对象实现任务间的运行管理。通过μC/Probe对系统软件进行运行检测,验证了基于μC/OS—Ⅲ的多任务中断管理能够可靠运行和提高系统的实时性。

GUI交互型供电智能综合保护器设计

针对现代电网供电智能化的需求,采用ARM技术的STM32芯片,设计GUI交互型智能综合保护器。基本功能设计采用库开发方式进行,交互采用显示触摸技术、图形用户界面(GUI)、STem Win库开发方式完成,应用微实时操作系统μC/OS-III,进行保护系统多功能任务规划及任务运行管理设计,实现系统实时可靠运行,通过μC/Probe检测程序配置,对CPU使用率,系统任务、应用任务设计的合理性,系统整体运行状况进行检测,验证智能综合保护软件系统的可靠性与实时性。

基于磁热耦合法的电机模型参数计算

基于有限元法与集总热网络法建立电机温升模型,仿真计算电机瞬态温升。针对电机温升模型参数繁多且计算复杂的问题,从损耗分布和热量传递的角度,系统研究了电机的电磁参数和热参数。根据电机的结构参数建立物理模型,通过电磁仿真结合解析计算修正漏感参数,计算配置端部及外壳换热系数,等效处理定转子气隙对流系数,采用磁热耦合法计算温升。通过试验与仿真对比电机主要部位温升,验证了电机参数计算的准确性。

异步电动机变频供电载频损耗特性研究

针对变频供电时载波频率引起的电动机降耗问题,根据变频原理建立的变频电源模型,施加于有限元电机模型。经联合仿真计算,得出变频供电时载波频率与损耗的仿真特性关系。实验测试证明了变频供电时电动机的损耗与载波频率关系的特点,对变频电动机的设计、变频应用及节能具有参考价值。

实序列FFT算法的存储单元图解析方法

为了正确有效地开发实序列FFT的汇编语言程序,提出了以存储单元图的方式解析实序列FFT算法的方法。首先推导了由复序列FFT的实虚部计算实序列FFT的实虚部的公式,指出了计算复序列FFT所包括的级别、蝶组、蝶形三层循环,所涉及的正弦量的计算与存储方式,以及复序列FFT转化为实序列FFT的步骤等。在此基础上利用存储单元图在TMS320C54X汇编语言环境下详细解析了实序列FFT的实虚部计算公式。设计了复序列FFT的实虚部计算的第一级、第二级、第三级到最后级的存储单元图,由复序列FFT的实虚部计算其共轭对称与反对称部分的实虚部的存储单元图,以及由此计算实序列FFT的存储单元图。CCS3.3环境下的仿真结果验证了该解析方法的正确性。

磁通屏障对潜油电机转矩特性的影响

转矩脉动是影响内置式潜油电机的重要因素,通过对电机转子内部磁通屏障的设计,进而达到降低转矩脉动的目的。以10极12槽内置式“一”字型潜油电机为基础模型,使用有限元法对潜油电机转子进行了二维瞬态场分析。基于磁通屏障效应对潜油电机气隙径向磁密的影响,得出了潜油电机转子在各种运转工况条件下的径向电磁特性分布的状况,并分别比较研究电机的齿槽转矩和电磁转矩等转矩特性。优化后,潜油电机的转矩脉动有了显著的降低。最后,采用砝码法验证磁通屏障的设计对潜油电机齿槽转矩具有较好的抑制效果。由于潜油电机的定子结构被限制,磁通屏障的优化设计具有非常大的意义。

基于μC/OS-Ⅲ的供电综保数据采集处理系统设计

针对供电综保数据采集处理系统多任务、实时可靠的需求,文中结合M3内核芯片,利用μC/OS-Ⅲ实时操作系统进行供电综保数据采集处理系统设计。通过对数据采集处理系统功能分析,将系统划分为5个优先级不同的任务,根据应用任务特点及需求进行了操作系统的规划设计,通过信号量和事件标志组实现了任务同步,通过消息队列和互斥型信号量实现了任务通信与资源管理。使用μC/Probe对系统运行进行检测,应用任务堆栈利用率均小于70%,CPU利用率为52.35%,中断关闭时间最高为3.31 ms,验证了该系统能够实时可靠运行。

基于多场耦合的电机暂态温度场研究

针对复杂工况下电机不稳定发热引起的温度场暂态计算问题,根据不稳定发热的规律建立电磁场与温度场的二维耦合模型。文中依据小型式异步电机的结构特点,进行电磁场-热场二维模型的结构参数、边界条件参数、材料的电、热物理参数的计算、等效及配置;依据复杂工况下发热变化的规律,进行耦合频率、热源耦合方式的设计及相关参数计算配置,实现不稳定负载下电机的暂态温度场计算并考察电机各部分的实际最高温度分布状况。基于实验平台的方案设计和搭建,进行温升实验。通过对比分析电机暂态温度场的仿真和实验数据,验证了二维模型参数等效的合理性和多场耦合法能够准确地计算复杂工况下电机全暂态温度场。