電機論文范文

導語：如何才能寫好一篇電機論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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在變頻電機調速控制系統中，采用電力電子變壓變頻器作為供電電源，供電系統中電壓除基波外不可避免含有高次諧波分量，對外表現為非正弦性，諧波對電機的影響主要體現在磁路中的諧波磁勢和電路中的諧波電流上，不同振幅和頻率的電流和磁通諧波將引起電動機定子銅耗、轉子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅(鋁)耗。這些損耗都會使電動機效率和功率因數降低。同時，這些損耗絕大部分轉變成熱能，引起電機附加發熱，導致變頻電機溫升的增加。如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%～20%。同時這些諧波磁動勢與轉子諧波電流合成又產生恒定的諧波電磁轉矩和振動的諧波電磁轉矩，恒定諧波電磁轉矩的影響可以忽略，振動諧波電磁轉矩會使電動機發出的轉矩產生脈動，從而造成電機轉速(主要是低速時)的振蕩，甚至引起系統的不穩定。諧波電流還增加了電機峰值電流，在一定的換流能力下，諧波電流降低了逆變器的負載能力。對于變頻電機，如何在設計過程中采取合理措施避免或減小應用變頻器所帶來的影響，以求得系統最佳經濟技術效果，是本文討論的重點。

二、變頻電機設計特點

對于變頻電機，其設計必須與逆變器、機械傳動裝置相匹配共同滿足傳動系統的機械特性，如何從調速系統的總體性能指標出發，求得電機與逆變器的最佳配合，是變頻電機設計的特點。設計理論依據交流電機設計理論，供電電源的非正弦以及全調速頻域內達到滿意的綜合品質因數是變頻電機設計中需要著重注意的兩個問題，設計中參數的選取應做特別的考慮。與傳統異步電機相比，一般變頻電機設計有如下一些特點：

1.用于變頻調速的異步電動機要求其工作頻率在一定范圍內可調，所以設計電機時不能僅僅考慮某單一頻率下的運行特性，而要求電機在較寬的頻率范圍內工作時均有較好的運行性能。如目前大多調速異步電動機的工作頻率在5Hz~100Hz內可調，設計時要全面考慮。

2.變頻電機在低速時降低供電頻率，可以把最大轉矩調到起動點，獲得很好的起動特性，因而在設計變頻電機時不需要對起動性能作特別的考慮，轉子槽不必設計為深槽，從而可以重點進行其它方面的優化設計。

3.變頻電機通過調節電壓和頻率，在每一個運行點都可以有多種運行方式，對應多種不同的轉差頻率，因而總能找到最佳的轉差頻率，使電機的效率或功率因數在很寬的調速范圍內都很高。因而，變頻電機的功率因數和效率可以設計得更高，功率密度得以進一步提高。現有數據表明：在額定工作點，逆變器供電下的異步電機效率比普通電機高2%~3%，功率因數高10%~20%。

4.變頻電機采用變頻裝置供電，輸入電流中含有較多的高次諧波，產生電機局部放電和空間電荷，增大了介質損耗發熱和電磁振動力，加速了絕緣材料的老化，所以應加強電機絕緣和提高整體機械強度，變頻電機的絕緣強度一般要達到F級以上。

5.變頻供電時產生的軸電壓和軸電流會使電機軸承失效，縮短軸承使用壽命，必須在設計上要加以考慮。對較小的軸電流，可以適當增大電機氣隙和選用專用脂；另外，增加軸承的電氣絕緣或者將電機軸通過電刷接地，可以有效解決軸承損壞問題；對過高軸電壓，應設法隔斷軸電流的回路，如采用陶瓷滾子軸承或實現軸承室絕緣。同時，在逆變器輸出端增加濾波環節，降低脈沖電壓dU/dt也是一種有效的方法。

三、電磁設計

在普通異步電動機設計基礎之上，為進一步提高變頻調速電機的性能，對變頻調速異步電動機的設計參數也要進行更加細致的考慮。滿足高性能要求時的變頻電機設計參數的變化與設計目標之間的關系。在設計參數和性能要求之間還必須折衷選擇。電磁設計時不能僅限于計算某一個工作狀態，電磁參數的選取應使每個頻率點的轉矩參數滿足額定參數要求，最大發熱因數滿足溫升限值，最高磁參數滿足材料性能要求，最高頻率點滿足轉矩倍數要求，額定點效率、功率因數滿足額定要求。由于諧波磁勢是由諧波電流產生的，為減小變頻器輸出諧波對異步電動機工作的影響，總之是限制諧波電流在一定范圍內。

四、絕緣設計

電機運行于逆變電源供電環境，其絕緣系統比正弦電壓和電流供電時承受更高的介電強度。與正弦電壓相比，變頻電機繞組線圈上的電應力有兩個不同點：一是電壓在線圈上分布不均勻，在電機定子繞組的首端幾匝上承擔了約80%過電壓幅值，繞組首匝處承受的匝間電壓超過平均匝間電壓10倍以上。這是變頻電機通常發生繞組局部絕緣擊穿，特別是繞組首匝附近的匝間絕緣擊穿的原因。二是電壓(形狀、極性、電壓幅值)在匝間絕緣上的性質有很大的差異，因此產生了過早的老化或破壞。變頻電機絕緣損壞是局部放電、介質損耗發熱、空間電荷感應、電磁激振和機械振動等多種因素共同作用的結果。變頻電機從絕緣方面看應具有以下幾個特點：(1)良好的耐沖擊電壓性能；(2)良好的耐局部放電性能；(3)良好的耐熱、

耐老化性能。

五、結構設計

在結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般應注意以下問題：

1.普通電機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲變得更加復雜。在設計時要充分考慮電動機構件及整體的剛度，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。

2.電機冷卻方式：變頻電機一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動，使其在低速時保持足夠的散熱風量。

3.對恒功率變頻電機，當轉速超過3000r/min時，應采用耐高溫的特殊脂，以補償軸承的溫度升高。

4.變頻電機承受較大的沖擊和脈振，電機在組裝后軸承要留有一定軸向竄動量和徑向間隙，即選用較大游隙的軸承。

5.對于最大轉速較高的變頻電機，可在端環外側增加非磁性護環，以增加強度和剛度。

6.為配合變頻調速系統進行轉速閉環控制和提高控制精度，在電機內部應考慮裝設非接觸式轉速檢測器，一般選用增量型光電編碼器。

7.調速系統對傳動裝置加速度有較高要求時，電機的轉動慣量應較小，應設計成長徑比較大的結構。

六、結論

與普通異步電動機不同，變頻調速異步電動機采用變頻器供電，其運行性能與電機本體和調速系統的設計都密切相關。這一方面使變頻調速電機的設計要同時兼顧電機本體和調速系統；另一方面也使得變頻調速異步電動機的設計變得靈活，但同時也增加了高性能變頻調速系統設計的復雜程度。只有結合變頻器和一定的控制策略，從整體上進行電機的設計和優化，才能獲得最理想的運行性能。

參考文獻：

[1]ANDRZEJM.TRZYNADLOWSKI著，李鶴軒，李揚譯.異步電動機的控制.北京：機械工業出版社，2003.

[2]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統(第2版).北京：機械工業出版社，2005.

[3]沈本蔭.牽引電機.成都：西南交通大學出版社，1990.

[4]孟朔.適用于變頻調速系統的異步電機設計與分析方法的研究[D].清華大學，2000.

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關鍵詞：輸配電系統規劃；遺傳算法；最短路算法；啟發式方法

1、引言

從物理或數學意義的角度講，不同電壓等級網絡的綜合規劃對獲得全局最優解，得到總體上最大的經濟效益是必要的。然而，輸配電系統的同時綜合規劃長期以來并不被人們所重視，在實踐中，人們普遍采用將各電壓等級系統分層規劃的策略。造成這種狀況的原因主要是：

①輸配電系統的網絡結構不同，進而導致優化算法不同；

②各電壓等級綜合規劃導致問題規模激增。另外，各級電網的分層管轄也是造成分層規劃的一個實際原因。

本文對多電壓等級、不同網絡結構的輸配電系統綜合規劃問題進行了研究，提出了基于知識的最短路遺傳算法的解決方法[1].文獻[1]利用最短路遺傳算法求解了配電系統重構問題。實際上，網絡規劃問題與網絡重構問題可被看成一類問題，只不過是弧費用的計算方法不同而已，即規劃問題的弧費用需要用分段函數來表示，從而考慮固定投資和不同的線型。

2、不同電壓等級的開環系統綜合規劃

在電力系統中，為了避免電磁環網，高中壓配電網必定是開環運行的。這時就能利用能生成樹狀網絡的最短路遺傳算法來求解不同電壓等級的開環系統綜合規劃問題。對于規劃問題中根據安全性和可靠性的要求需要閉環設計的系統，可以先應用本文的方法得到樹狀網絡，然后采用文獻[2]的方法進行專門的聯絡線優化，以構成環網。最短路遺傳算法是在同一個電壓等級中實現的[1]，這樣才能直接將負荷潮流迭加到各弧的流量上。對于多電壓等級系統，只需仿照標幺值計算的原理將各電壓等級的電氣量折算到某一選定的電壓等級上，就可以采用最短路遺傳算法進行網絡的全局優化。

3、開環與非開環混合輸配電系統綜合規劃

如果需要進一步將開環與非開環系統綜合規劃，或配電系統允許弱環運行，最短路遺傳算法就不能直接應用了。

但是，經過下述2個改變以后，最短路遺傳算法即可近似地求解上述問題了。

3.1節點入度限制

首先，應允許在不需要放射運行的節點構成環。這可通過檢測和限制節點入度數的方法來實現。最短路遺傳算法中，在形成尋路網絡Gm時，當某個中間節點k的入弧數Nin-x-m=1時，則其余指向該節點的有向弧（潮流必為0）均舍棄，這保證了最終形成的網絡為放射狀。現在，對每一節點規定最大入弧數，即最大入度Nin_k_MAX，若節點k屬于放射狀運行系統，則令其為1，否則令其為該節點最大允許的進線數。Nin_k_m記錄節點k入弧數的變化情況，其初始值為0，并有機會逐漸增加。當時，其余指向該節點的有向弧（潮流為0）均舍棄。即實現了不同運行方式系統對網絡結構的要求。經過以上改進的最短路遺傳算法就可以解決開環與非開環系統綜合規劃在網絡結構方面的要求。雖然，從原理上說它得到的只是較優解。

但可證明當各負荷大小趨近于0時，這種方法得到的解就會與全局最優解一致。當負荷越大時，其解越可能偏離最優解，因為此時該負荷有很大可能是由多個實際電源點供電。由于負荷通常在較低電壓等級，而允許成環網運行的網絡是在很高的電壓等級，且低壓負荷的容量比高壓環網系統中元件的容量要小得多，所以，可近似地認為負荷點是由一個（實際）電源點供電，因此用最短路遺傳算法獲得的解將接近于實際最優解。

3.2有功潮流

由于網孔的出現，使得以負荷復電流（或功率）直接迭加構成線路中潮流的方法失去了合理性。因為只有一個虛擬源點，對于同時由2條以上供電路徑供電的節點來說，可能會導致矛盾的節點電壓。為了避免這種情況，此時可只考慮有功功率的優化。實際上對于允許環網的系統規劃問題，現有的方法[3]也全是只考慮有功優化，而無功配置和電壓控制由專門的無功優化來完成。這是因為：一方面，無功設備的投資一般要比線路、變壓器和有功電源的投資小得多；另一方面，無功潮流在一定程度上可獨立于有功潮流的控制。

4、基于知識的高效最短路算法

盡管最短路遺傳算法不會有維數災問題。

但是基本的Dijkstra最短路算法的計算時間復雜性是O（N2），其中N是規劃問題的網絡流模型的節點數，因此，基于最短路算法的局部優化算法的計算時間復雜性是O（N3）（認為負荷數與節點數成一定比例）；若遺傳算法的種群個體數和最大代數取固定值，則最短路遺傳算法的計算時間復雜性是O（N3）。可見隨問題規模的增大，最短路遺傳算法的計算時間也將很長。實際上，直接在輸配電系統規模非常龐大的網絡上利用常規的最短路算法為某一個負荷點尋找供電路徑是很不必要的。對于一個負荷點來說，整個系統中可能為其供電的元件只是很小的一部分。如果能根據輸配電系統的實際信息把這一小部分元件提取出來后再應用最短路算法，則最短路算法的尋路時間將大大縮短。而由前面的分析可知，最短路算法的計算時間復雜性決定了整個算法的計算時間復雜性。我們稱這個被提取出來供尋找負荷m的最經濟供電路徑的網絡為尋路網絡Gm.用以提取尋路網絡的方法應具備以下特點：

①易于計算機實現。

②在保證不丟失最優解的基礎上，盡可能縮小尋路網絡。下面，以一個實例來說明如何實現基于輸配電系統知識的最短路算法。

若現有10kV，66kV，220kV，3個電壓等級系統，要尋找負荷m的最優供電路徑，則可按以下步驟提取尋路網絡Gm.

（1）將輸配電系統按電壓等級分層，負荷點通常在最底層10kV層，虛擬電源點在最高電壓等級層220kV層。

（2）定義元件Aij到負荷點m的距離為式中為元件Aij的起點坐標；XB-ij、yE-ij為元件Aij的終點坐標；Xm、Ym為負荷點m的坐標；Kij-m為元件Aij到負荷點m的距離調節系數，通常取1，可用于考慮一些特殊供電情況。按最大供電半徑Rm選擇出可能給負荷點m供電的10kV區域：若10kV元件（線路、變壓器或變電站）與負荷點m的距離大于Rm，則認為其不可能為m供電，因此不加入尋路網絡。反之，則將相應的元件加入負荷點m的尋路網絡。

（3）通常希望盡可能通過具有主干線型或可靠性高的主干網絡傳送電能，并且減少電能在主干線型和次要線型間的轉換。因此，規定最大精細尋路半徑rm.在此半徑之外，凡是具有非主干線型或位于次要分支線路或非主干路由（對于規劃問題由于許多路由上線型未確定，因此這里用“非主干路由”一詞）上的元件都不加入尋路網絡，而在此半徑之內的元件全加入尋路網絡。

（4）經上述步驟形成的10kV系統范圍內的尋路網絡Gm_10包含有若干66kV/10kV變電站，它們對于10kV負荷點m來說是可能的供電點，而對于66kV系統來說是可能的負荷點。對這些變電站的每一個均采用與步驟（2）、（3）類似的方法，可得到其在66kV系統范圍內的尋路網絡，這些網絡的并集構成負荷m在66kV系統范圍內的尋路網絡Gm_66.

（5）同理，Gm_66中所包含的220kV/66kV變電站也可看成220kV系統的負荷點。采用與步驟（4）同樣的方法可獲得負荷點m在220kV系統范圍內的尋路網絡Gm_220.當然，Gm_66中也可能包含發電廠，此時，可認為其是通過一條無損耗、無費用的虛擬弧，由設于220kV系統的虛擬源點供電。

（6）獲得負荷點m在整個輸配電系統的尋路網絡為顯然，經過以上步驟處理后，得到的負荷點m的尋路網絡Gm要比初始的整個網絡要小得多，因此最短路算法的計算量也將大大縮小。

5、結論

本文對多電壓等級、不同網絡結構的輸配電系統的綜合規劃問題進行了研究。在解決了電壓等級折算問題后，給出了基于最短路遺傳算法的純開環輸配電系統綜合規劃的方法。以此為基礎，通過控制節點出入度，并且只針對有功潮流進行優化，又提出了開環與非開環混合的輸配電系統綜合規劃問題的近似解決方法。為了解決輸配電系統規模大而造成的計算量問題，給出了基于輸配電系統知識的最短路算法的實現方法。

參考文獻

[1]余貽鑫，段剛（YuYixin，DuanGang）。基于最短路算法和遺傳算法的配電網絡重構（Shortestpatyalgoithmandgeneticalgorithmbaseddistributionsystemreconfiguration）[J].中國電機工程學報（ProceedingsoftheCSEE），2000，20（9）：44-49.

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關鍵詞：抽油機低壓配電系統無功補償

1前言

中原油田油區配電系統是采用35kV直配供電方式，配電變壓器(35/0.4kV)和低壓配電裝置設在計量站，再由計量站經低壓電纜輻射配電至抽油機電動機(額定電壓為交流380V、額定容量45～55kW，油區主要用電負荷為抽油機電機)。低壓配電系統一般采用在計量站變壓器低壓側進行集中自動無功補償。根據多年的運行情況，我們認為這種無功補償方式、補償裝置的安裝位置不能滿足實際補償的需要，致使油區低壓配電系統的功率因數長期偏低(約0.5左右)，低壓配電線路損耗過大，系統的整體經濟效益下降。因此，經過我們對油區抽油機負荷特點的分析研究，提出了在油區抽油機電機旁進行無功就地補償，即直接把補償裝置并接在抽油機電機的接線端。通過應用效果較好，目前我局油區低壓配電系統的功率因數顯著提高，線路損耗大幅度降低，取得了較好的經濟效益。

2抽油機負荷的特點

在油田的后期原油生產中，機械采油是生產原油的主要手段，同時機械采油的電力消耗也是主要的能耗之一。就中原油田而言，油區抽油機負荷約占生產用電負荷的80%以上。而這類負荷是一種依抽油機的沖程為周期性連續變化的負荷。電動機功率的匹配通常是根據負載電流或扭矩變化規律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算的。但在實際運行中，因藏油情況的變化、泵掛深度的改變、地面調參情況的優劣及自然氣候等因素的影響，抽油機電機的運行與負載的變化又很難處于最佳配置中，所以使得抽油機電機實際運行中負載率低下，又因單井電動機的無功補償不到位，致使整個油區低壓配電系統的功率因數偏低，力能指標(η×cosφ)也就低下。因此機采系統單井用電的功率因數的高低，是決定整個油區低壓配電系統功率因數高低的關鍵因素，要想提高油區低壓配電系統的功率因數，必須提高單井用電的功率因數，這對提高電能的利用率，獲得可觀的經濟效益具有重大的現實意義。

3無功補償方式存在的問題

我局油區在計量站采用自動分級無功補償裝置進行集中無功補償，補償容量按照變壓器低壓側的功率因數，用交流接觸器投切進行調節，其存在的問題如下：

(1)現場測試情況：

測試表明：抽油機電動機在運行過程中，需要電力系統提供的有功功率、無功功率及功率因數都在不斷的變化，而功率因數的變化不能正確反映系統對無功功率的需要，且其在某一狀態下持續的時間極短，造成補償設備(交流接觸器用于無功補償投切開關)投切跟不上功率因數的變化，所以補償效果極不理想。因此按功率因數調節無功補償容量，達不到預期的補償目的。

(2)補償裝置安裝地點不妥：

在計量站安裝的集中補償裝置，也僅能對變壓器及以上的線路、設備進行無功補償，而不能對抽油機電機供電線路進行補償，從而不能最大限度地減少系統的無功輸送量，無法使得整個線路和變壓器的有功損耗減少到最低限度。

4技術改造措施

(1)無功補償方式的確定：

根據以上分析和實際測試，抽油機電機在運行過程中需要從電網中吸取一定的無功功率，因此最簡單的補償方式就是在抽油機電機處加一適當容量的電力電容器進行補償。由于無功功率在一定的范圍內波動，如果采用自動補償裝置，將會得到更好的補償效果，但其造價將是固定補償裝置的5～10倍。因此根據我們采用固定補償后所取得的效果，沒有必要采用自動補償裝置。

(2)無功補償裝置及容量的確定：

按照《供配電系統設計規范》規定，接在電動機控制設備側電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的0.9倍；其饋線和過電流保護裝置的整定值，應按電動機-電容器組的電流確定。按照上述規定，抽油機電機采用就地固定補償時，補償容量宜按電動機的實測最小無功的90%左右確定。

結合我們中原油田的實際情況，我們研制開發了一種無功就地固定補償裝置。該裝置為箱式結構，內裝電容器及自動空氣開關等。其額定電壓為交流400V、額定頻率50Hz，裝置有較強的抗過壓能力，允許在1.2Ue下長期運行，具有防爆、拒燃、無污染、防盜、防振、防陽光輻射功能，投切方式為手動，即與電動機的投切同步，極適合于油田野外運行環境條件。主設備電容器為干式銀鋅鍍膜邊油加厚，有較強擊穿自愈能力。電容器的保護是采用元件熔絲保護。抽油機電機的額定容量一般在45～55kW，因此共設計了三種型式的補償裝置，以滿足實際需要。每種型式的補償裝置通過調節電容器輸出端子的接線，都可輸出三種不同的容量，其中型式一為15±3kvar、型式二為19±3kvar、型式三為27±3kvar。

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關鍵詞：DSPFPGA3／3相雙繞組感應發電機

1系統簡介

3／3相雙繞組感應發電機帶有兩個繞組：勵磁補償繞組和功率繞組，如圖1所示。勵磁補償繞組上接一個電力電子變換裝置，用來提供感應發電機需要的無功功率，使功率繞組上輸出一個穩定的直流電壓。

圖1中各參數的含義如下：

isa,isb,isc——補償繞組中的勵磁電流；

usa,usb,usc——補償繞組相電壓；

ipa,ipb,ipc——功率繞組電流；

upa,upb,upc——功率繞組相電壓；

udc——二極管整流橋直流側輸出電壓；

uc——變流器直流側電容電壓。

電力電子變換裝置由功率器件及其驅動電路和控制電路兩部分組成。功率器件選用三菱公司的智能功率模塊（IPM）PM75CSA120（75A／1200V），驅動電路使用光耦HCPL4502。控制電路由DSP＋FPGA構成。

圖2控制電路的接口電路

2EPM7128與TMS320C32同外設之間的接口電路

圖2所示為控制電路的接口電路。控制電路使用的DSP是TMS320C32，它是TI公司生產的第三代高性能的CMOS32位數字信號處理器，其憑借強大的指令系統、高速數據處理能力及創新的結構，已經成為理想的工業控制用DSP器件。其主要特點是：單周期指令執行時間為50ns，具有每秒可執行2200萬條指令、進行4000萬次浮點運算的能力；提供了一個增強的外部存儲器配置接口，具備更加靈活的存儲器管理與數據處理方式。控制電路使用的FPGA器件為ALTERA公司的EPM7128，它屬于高密度、高性能的CMOSEPLD器件，與ALTERA公司的MAXPLUSII開發系統軟件配合，可以100％地模仿高密度的集成有各種邏輯函數和多種可編程邏輯的TTL器件。采用類似器件作為DSP的專用集成電路ASIC更為經濟靈活，可以進一步降低控制系統的成本。

電壓檢測使用三相變壓器，電流檢測使用HL電流傳感器。電平轉換電路用來將檢測到的信號轉換為0～5V的電平。A／D轉換器選用ADS7862。保護電路使用電壓比較器311得到過壓／過流故障信號。

DSP完成以下四項工作：數據的采集和處理、控制算法的完成、PWM脈沖值的計算和保護中斷的處理。

FPGA完成以下三項工作：管理DSP和各種外部設備的接口；脈沖的輸出和死區的產生；保護信號的處理。

圖3FPGA與A/D轉換器和DSP之間的接口

3使用FPGA實現DSP和ADS7862之間的高速接口

ADS7862是TI公司專為電機和電力系統控制而設計的A／D轉換器。它的主要特點是：4個全差分輸入接口，可分成兩組，兩個通道可同時轉換；12bits并行輸出；每通道的轉換速率為500kHz。控制方法為：由A0線的值決定哪兩個通道轉換；由Convst線上的脈寬大于250ns的低電平脈沖啟動轉換；由CS和RD線的低電平控制數據的讀出，連續兩次讀信號可以得到兩個通道的數據。

系統中使用了兩片ADS7862，它們的控制線使用同樣的接口，數據線則分別和DSP的高／低16位數據線中的低12位相連接。這樣DSP可以同時控制兩片A／D轉換器：4通道同時轉換；每次讀操作可以得到兩路數據。

如圖3所示，將A／D轉換器的控制信號映射為DSP的三個外部端口：A0、ADCS（和ADRD使用一個端口）和CONVST。在FPGA中使用邏輯譯碼器對端口譯碼。利用AHDL語言編寫的譯碼程序如下：

TABLE

A[23．．12],IS,RW＝＞A0,ADCS,CONVST,PWM1,PWM2,PWM3,PWM,PRO,CLEAR;

H″810″,0,0＝＞0,1,1,1,1,1,1,1,1;

H″811″,0,1＝＞1,0,1,1,1,1,1,1,1;

H″812″,0,0＝＞1,1,0,1,1,1,1,1,1;

H″813″,0,1＝＞1,1,1,0,1,1,1,1,1;

H″814″,0,0＝＞1,1,1,1,0,1,1,1,1;

H″815″,0,0＝＞1,1,1,1,1,0,1,1,1;

H″816″,0,0＝＞1,1,1,1,1,1,0,1,1;

H″817″,0,1＝＞1,1,1,1,1,1,1,0,1;

H″817″,0,0＝＞1,1,1,1,1,1,1,1,0;

ENDTABLE

其中，0表示低電平，1表示高電平。RW＝1表示讀，RW＝0表示寫。

DSP對這三個端口進行操作就可以控制A／D轉換器：寫CONVST端口可以啟動A／D轉換器；讀ADCS端口可以從A／D轉換器中讀到數據；寫數據到A0端口可以設置不同的通道。

使用上述方法可以實現DSP和A／D轉換器之間的無縫快速連接。

4使用FPGA實現PWM脈沖的產生和死區的注入

FPGA除了管理DSP和外設的接口外，還完成PWM脈沖的產生和死區的注入。將PWM芯片和死區發生器集成在FPGA中，就可以使DSP專注于復雜算法的實現，而將PWM處理交給FPGA系統，使系統運行于準并行處理狀態。

5使用FPGA實現系統保護

為了保護發電機和IGBT功率器件，勵磁控制系統提供了多種保護功能：變流器直流側過壓保護；變流器交流電流過流保護；變流器過溫保護；發電機輸出過壓保護；IPM錯誤保護。

圖5穩態時勵磁繞組電壓電流及系統直流電壓波形

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1.1系統用戶界面層

系統用戶界面層相當于是整個系統的窗門，在該層面的用戶可以通過相關操作對整個系統的運行進行控制。同時，系統也會將自身的運行情況和數據信息通過窗口的形式展現給用戶，使用戶能夠對整個系統的運行情況進行詳細了解，進而確保整個系統的高效、精確運行。

1.2系統應用服務層

在該層，用戶可以對整個系統的具體運行情況和操作進行控制，進而實現對風電機組塔架進行快速設計，并對設計進行進一步優化。在該層面，對Pro/E5.0軟件系統的交互集成，主要是通過Pro/ToolkitAPI來實現。

1.3系統數據存儲層

在整個優化設計系統中，數據存儲層是最重要的組層部分，是整個系統得以實現運行和操作的基礎。數據存儲層的主要作用，就是對系統運行過程中的相關數據進行存儲。按照存儲數據的不同，可以將整個數據存儲層細分為四個數據庫，分別是參數庫、實例庫、規則庫以及模板庫。

1.3.1參數庫

參數庫，顧名思義，其主要作用就是對風電機組塔架的設計參數進行存儲，其中，主要包括風電機組本身的技術參數、塔架設計的基本參數、塔架材料參數、零部件幾何參數以及塔架設計優化參數等。

1.3.2規則庫

規則庫所存儲的主要是風電機組塔架優化設計中的裝配約束關系，而這些裝配約束關系數據，都是以固定的規則格式存儲在規則庫中，當系統運行需要時，直接對其進行調用。

1.3.3實例庫

該數據庫內存儲的主要是已經設計成功的風電機組塔架設計優化案例，詳細包括了整個塔架設計過程中所涉及到的相關數據、規則以及零部件配置信息等，主要作用是為了給風電機組塔架設計優化提供可供參考的設計依據。

1.3.4模板庫

該數據庫的主要作用是對塔架優化設計的模板文件進行存儲，通過這些模板文件能夠直接對塔架的整體骨架進行快速組裝和設計。而這些模板文件都存儲在指定目錄之下，當系統設計需要時可以直接通過目錄進行調用。

2風電機組塔架優化設計系統功能分析

2.1結構配置模塊

首先，設計人員要在對風電機組塔架設計具體需求的基礎上，對整個風電機組塔架的總體結構進行初步設計，并由企業管理人員對初步設計方案進行審查，確定設計方案滿足要求之后存儲方案繼續進行下一設計環節。其次，在完成塔架總體結構設計之后，設計人員應該在塔架總體結構初步設計的基礎上對整個塔架的零部件進行選擇，同時，為了確保選擇的合理性，設計人員應該從現有結構模型中進行選擇，以確定所選零部件的性能屬性能夠滿足塔架優化設計要求，確定沒有問題之后，、對零部件選擇方案進行存儲。在此過程中設計人員還應該注意，不論是在接下來的設計中發現塔架總體結構設計中出現問題，還是企業要對塔架設計進行適當調整，設計人員都應該在原有設計方案之下對塔架的總體設計進行調整和修改，并將修改之后的方案進行存儲。

2.2分析優化模塊

該功能模塊的主要作用是對塔架總體結構的設計進行分析，并對分析結果進行優化處理。在該功能模塊，設計者需要先從結構配置模塊中取出塔架總體結構設計的主要數據，并針對結構數據對初始參數進行準確設定。然后，再利用有限元分析軟件建立起有限元分析模型，病通過求解器對塔架總體結構的靜態強度和模擬形態進行詳細計算和分析，得出優化結果。最后，根據優化結果對塔架總體結構進行優化設計，并再次將優化結果存儲。

2.3參數化設計模塊

在通過以上兩個模塊對整個風電機組塔架總體設計進行確定之后，就需要通過參數化設計模塊對塔架總體結構的相關設計參數進行提出分析和構建零件三維模型。通過參數化設計模塊，設計人員可以在對塔架總體設計結構的相關參數進行提出之后，利用Pro/E二次開發接口將所得參數層輸送到參數化程序中，由該程序對整個塔架的總體結構進行計算分析和參數化，然后生成塔架零件的三維模型，為塔架零件的選擇和構造提供科學有效的參考依據。

2.4設計輸出模塊

設計輸出模塊的主要作用是將確定整體設計塔架的結構轉化成二維工程圖進行輸出，附帶詳細的總體結構圖、部件圖和零件圖，并注明詳細尺寸和材料具體要求，以確保整個塔架優化設計的順利實現。

3結束語

篇6

KEYWORDS：hydraulicengineering;faultdiagnosis;knowledgerepresentation

1引言

水電機組設備龐大、結構復雜、誘發故障的原因很多。其常見故障有：①機組軸承故障；②機組振動故障(根據振動誘發原因，水電機組振動大致可分為機械振動、水力振動、電氣振動)；③水輪機汽蝕與泥沙磨損；④水輪發電機故障。

確立恰當的知識表示和推理方式是研制一個故障診斷專家系統的良好基礎。迄今為止，設備故障診斷知識的表示多采用產生式規則，但對大型機組而言，大量診斷知識難以歸納為規則。實踐證明［1］

純粹使用產生式規則表示法描述故障診斷的知識遠不足以反映引起機組故障原因的全部征兆。近年來，人們提出了一些將規則和神經網絡集成表示的方法［1～3］，這些方法大多是在規則庫的基礎上將規則轉化為網絡表示，對于實時性要求較高、診斷規則較少和推理策略相對穩定的診斷系統具有一定的優勢。然而，對于包含水、機、電等多方面因素的高度復雜的水電系統，上述集成方法也暴露出復雜故障診斷困難、知識庫的開放性和透明度較低、人機交互能力差等方面的不足。

為充分滿足水電機組故障診斷知識的多樣性和復雜性對知識表示的要求，本文提出適用于水電系統故障診斷的知識表示方法。利用產生式模糊規則表示、可視化故障知識表示及神經網絡表示等多種方法綜合集成的知識表示方法，應用于某水電廠水電機組故障診斷專家系統實踐中，取得了良好效果。

2集成知識表示方式

2.1產生式模糊規則表示法

將水電機組故障診斷領域專家及相關書籍中能用自然語言描述的普通診斷知識歸納為模糊規則，置信度由領域專家給出，典型振動故障規則如

若0且f＝fn(1)

則“定子橢圓度大”，規則置信度為0.8(一般取值范圍為0～1)

式中Az為振動幅值；If為勵磁電流；f為振動頻率；fn為轉速頻率。

規則中出現的導數則反映了振動與各狀態量之間的相互關系。

為了獲得導數關系，可用式(2)近似計算一時間序列的離散采樣數據

(2)

式中Δyi＝yi－yi－1，Δxi＝xi－xi－1，取算術平均值可有效地減小采樣信號的測量噪音干擾。

根據機組故障特點，將診斷規則劃分為多個相對獨立的規則子集，形成各類規則庫，以分類處理較為簡單的單一故障，如可將振動故障規則劃分為電氣振動類規則庫、機械振動類規則庫和水力振動類規則庫。此外，將相互耦合較強的規則單獨成庫，以處理較為復雜的多重故障。再在分類規則庫中對規則進行分層組織。對規則庫進行分類分層組織，能減少推理搜索空間，提高推理效率，同時亦有利于實現對規則庫的增減和修改，提高系統的開放性和透明度。

2.2可視化故障知識表示法

人類知識積累的過程一般是從圖形和圖像開始，并逐漸走向抽象。隨著計算機技術的發展，使得我們可以采用圖表、聲音、圖像作為知識的載體，即可視化知識表示。一般來說，一個水電廠的故障記錄大多為某些常見故障記錄，其故障記錄以文字、數據、圖表、曲線、照片、錄像等多種形式組成。傳統知識表示方法僅適用于利用文字和數據方面的知識信息，而在聲音和圖像等方面知識信息的處理上卻表現出明顯不足，可視化知識表示方法的引入為表示和利用這些知識信息提供了條件。

本文通過對典型故障的歷史記錄中有關聲音和圖像部分的信息進行整理、剪輯和壓縮處理，形成大量后綴名為Mov、Avi、Wav等多媒體文件，以實現可視化故障知識表示。然后，針對每一個典型故障設計一個DLL(動態鏈接庫)文件，每一個DLL設置一個入口指針以便于外部的故障診斷專家系統主程序利用API函數進行調用。關于某一個典型故障的各種多媒體文件可看作為隸屬該典型故障DLL文件的資源文件，多媒體文件的調用則通過OLE(對象的嵌入和鏈接)方法在DLL內部的交互式窗口中實現。至此，我們通過利用動態鏈接的方法和多媒體技術，為電廠中典型故障設計了一個可視化的典型案例庫。

實際上，多媒體文件通常比較龐大(以Wav聲音文件為例，一個可播放10s的錄音文件約有1MB)，OLE和DLL方式的引入有利于發揮Windows高級編程的優勢，避免可視化文件占用內存過大的缺點，提高專家系統的整體運行速度，滿足診斷實時性的要求，確保可視化知識表示在實際系統中得以實現。可視化故障知識表示的引入既有利于增強整個系統知識的表達能力，又為專家系統提供了更為直觀、形象、方便的解釋方式，同時也為用戶培訓和實習提供了一條良好的途徑。

2.3神經網絡知識表示法

傳統知識表示方式，如框架、規則和劇本等表示方式都只能處理類似人類自然語言的邏輯量，并不擅長表示大量的、多路的、數值性的變量，而水電廠中許多諸如振動、溫度、流量、水頭、效率、尾水脈動、電流和功率等變量的記錄往往是進行下一次診斷的極為有用的知識信息。因此，如何對這些知識信息進行恰當地表示和推理一直是困擾傳統故障診斷專家系統的一個主要難題。

神經網絡的引入為解決以上難題提供了一個有力的工具。本文選擇BP(BackPropagation)和PNN(ProbabilisticNeuralNetwork)前饋模型作為水電機組數值性知識的載體和指示故障分類的故障分類器。

BP網絡是一種已成功獲得廣泛應用的

ANN前饋模型，其訓練方法是典型的外監督(outer-supervised)學習。可以證明［4］，即使在模式空間中各樣本分布相交錯的復雜區域內，亦只需三層BP前饋網絡就可構成任意復雜的故障分類判別映射。現采用三層BP網絡作為可視化典型案例庫的故障分類器，其輸入節點數等于經過信號預處理后的故障特征個數n，隱層節點數視訓練的具體情況決定，輸出節點數等于典型案例庫中的故障個數K。每一個典型故障對應一個K維導出矢量ui

ui＝(0，…，0，1i，0，…，0)i∈K(3)

PNN又稱為概率神經網絡，其訓練方法是典型的自監督(self-supervised)學習，該模型特別適用于分屬各個模式的訓練樣本較少，樣本的分類模式屬性已知的情況，因此該模型被我們選為類規則庫的模式識別分類器，以盡可能全面地覆蓋整個故障集。

用于模式識別的PNN，輸出層的輸出為模式樣本后驗概率估計的充要條件是隱層單元函數為Parzen窗密度核函數［4］。令X為任一隨機輸入向量，為某一故障模式的訓練樣本，如果將X、Xi都歸一化成單位矢量，則PNN的第i個節點的輸出yi可以表示為

(4)

式中Hi為PNN中第i個類別對應的隱節點數；K(。)為Parzen窗密度核函數；α為平滑參數；Wi表示第i個需要分類的模式集合；P(X/Wi)為輸入矢量的類條件概率。

如果有m個故障模式類別,PNN就有m個輸出節點，由式(4)可知，網絡的隱層單元數正好等于參加訓練的總樣本數，輸出yi的結果即為隨機輸入矢量的類條件概率。PNN無需訓練，網絡能根據每次輸入樣本的特性，由類別屬性標記進行自監督，不斷調整網絡的連接權值，直至達到精度要求，所以，PNN能夠滿足訓練的實時處理要求。

筆者曾嘗試直接用機組歷史故障記錄中的時序數據對多種神經網絡模型進行訓練，訓練結果均不理想，以某水電廠的某一機組的水輪機振動監測系統為例，非電量監測量(振動、擺度、導葉行程、水壓等)就有19路信號，用多層BP網絡和自組織映射網絡Kohonen模型對上述監測量直接進行故障特征提取，均無法滿足收斂性要求。因此在實際運用中，采用信號處理方法(如濾波、FFT、Wavelet分析等)對表征機組狀態的故障數據進行預處理和故障特征初步提取，然后再將預處理后提取的特征量作為神經網絡的輸入。以振動故障診斷為例，首先對振動采樣信號進行了濾波處理，然后對其進行FFT分析，最后再將振動信號的頻譜作為PNN分類器的訓練樣本，表1和表2列出了振動故障PNN分類器所用的部分訓練樣本和測試樣本。經過信號預處理后,神經網絡的輸入節點數大量減少，收斂能力明顯增強。由表2可見，訓練后的PNN對訓練樣本和測試樣本都能較好地識別。應該指出，神經網絡的分類和辯識能力取決于網絡的學習水平，而僅僅依靠電廠的歷史故障記錄進行訓練是很難完全覆蓋整個故障集的，應不斷用新的故障樣本對神經網絡進行訓練更新。

3診斷推理策略

本集成專家系統的推理實際上是基于置信度的模糊推理。如前所述，在一定前提下每一條模糊診斷規則中含有一個取值在0～1之間的置信度。顯然，這些規則的前提具有一定的不確定性，特別是各個導數關系有很大的模糊性。因此，當規則前提在程度深淺上發生變化時，本文利用了文［5］提出的基于置信度的模糊推理方法對規則的置信度進行一定地修正。另一方面，為了與模糊規則相銜接，本系統信號分析的結論用一定的置信度表示，而ANN分類器得出的分類結果(0～1之間的數)其實就是各類故障發生的置信度。至此，本專家系統的各個階段的診斷推理過程都能在置信度上有所反映，置信度成為系統推理中確定故障發生可能性的一個根本依據。

從水電機組故障發生的幾率來看，發生常見故障的可能性較大。考慮到，專家系統的診斷應面向更為全面的故障集，因此應將典型案例庫及其BP網絡分類器作為集成知識庫中優先進行推理的部分，僅當不滿足典型案例相似精度要求時，系統才轉入類規則庫及其PNN分類器執行進一步推理，其主要診斷過程如圖1所示。

4診斷實例

以某水電廠#1機組在90年代初試運行期間發生的振動異常故障為例說明本專家系統的診斷過程。該廠總裝機容量850MW，其機組發電機型號為SF200-56/2800，水輪機型號為HL220-LJ-550。#1機組試運行期間,上機架振動劇烈，為保證機組安全運行，對其進行了穩定性全面測試，其上機架振動波形如圖2所示。

經過FFT分析上機架振動頻譜特性，發現轉頻分量最大，其它分量則相對較小。經過神經網絡故障分類器對FFT分析結果進行再推理后，得出發生機械方面故障的結論，神經網絡分類結果如圖3所示。由PNN分析結果，專家系統進入機械故障規則庫執行模糊推理。經推理發現，上機架振動幅度隨工況改變，其中隨轉速變化顯著。最終，專家系統得出“轉子(主要是發電機)質量失均，發電機同軸的勵磁機轉子不平衡”的診斷結論，提出“(1)作現場平衡(2)校正勵磁機轉子”的處理意見。東方電機廠的專家經現場會診得出的診斷結論為：“發電機轉子不平衡是導致機組過速時振動的根本原因，此外機組存在兩個由尾水旋轉渦帶引起的不穩定運行負荷區也是造成機組振動的原因之一。可對發電機轉子進行動平衡實驗和對不穩定運行區進行補氣處理”。

從二者診斷結論來看，本專家系統的診斷結論趨于保守，但二者的診斷結論在“轉子不平衡”這一引起故障的根本原因上是一致的，提出的解決方法也基本相同。所以，本文提出的知識表示和推理方法是有效可行的，起到了智能診斷的效果。

5結論

人工神經網絡在大規模數據處理中表現出來的優異的并行性、容錯力和魯棒性已經是一個不可辯駁的事實，就水電機組診斷系統而言，運用神經網絡實時處理監測系統提供的大量的機組狀態數據也就成為必然選擇。基于規則和神經網絡集成的智能系統，保留了神經網絡所具有的較強的自學習、聯想、容錯和形式思維能力等優點，與規則表示方式具有的模塊化、知識表示明確、和較強的邏輯思維能力等特點相融合，較好地解決了傳統規則表示的專家系統知識獲取困難、容錯性差及實時性難以滿足等問題。此外，可視化知識的引入也將豐富知識表示的概念，為人們多方面地理解如何更深層、更方便地獲取知識和知識學習，提供了一條新思路。

參考文獻：

［1］VerlynMJ，JohnVC.Buildingacompositesyntaxforexpertsystemshell［J］.IEEEEXPERT,1997,25(6):61～65.

［2］PatrickC,JohnA,JoanM.Applicationofneuralnetworkstoexpertsystemsandcommandandcontrolsystems［J］.IEEEEXPERT,1987,16(4):118～125.

［3］楊建剛，等.集成旋轉機械故障診斷的知識表示與推理［J］.東南大學學報,1995,25(3).

篇7

關鍵字：汽車電機故障方法

1.電機故障診斷的特點及實施電機故障診斷的意義

1.1電機故障診斷的特點

電機的功能是進行電能與機械能量的轉換，涉及因素很多，如電路系統、磁路系統、絕緣系統、機械系統、通風散熱系統等。哪一部分工作不良或其相互之間配合不好，都會導致電機出現故障。因此，電機故障要比其它設備的故障更復雜，其故障診斷所涉及到的技術范圍更廣，對診斷人員的要求也就更高。一般來說，電機故障診斷涉及到的知識領域主要有[20]：電機理論、電磁測量、信號處理、計算機技術、熱力學、絕緣技術、人工智能等。電機故障診斷的復雜性還表現在故障特征量的隱含性、故障起因與故障征兆之間的多元性。一種故障可能表現出多種征兆，有時不同故障起因也可能會反映出同一個故障征兆，這種情況下很難立即確定其真正的故障起因。另外，電機的運行還與其負載情況、環境因素等有關，電機在不同的狀態下運行，表現出的故障狀態各不相同，這進一步增加了電機故障診斷難度，所以要求對電機進行故障診斷首先必須掌握電機本身的結構原理、電磁關系和進行運行狀況分析的方法，即掌握電機各種故障征兆與故障起因間的關系的規律。

1.2實施電機故障診斷的意義

電機的驅動易受逆變器故障的影響，在交流電機驅動系統中，逆變器短路故障將會使電機產生有規律波動的或是恒定的饋電扭矩，使車輛突然減速。研究表明：逆變器出現故障時，永磁感應電機將產生較大的饋電扭矩，而且永磁電機也有存在潛在的高消磁電流的問題。而感應電機在逆變器出現故障時所產生有規律的饋電扭矩將由于有持續的負載而迅速衰減，這說明了感應電機具有較高的容錯能力，適應混合動力系統的要求。開關電機磁阻是最具有故障容錯能力的電機，而且當其有一個逆變器支路出現故障時電機仍能產生凈扭矩，另外，開關磁阻電機成本低，結構緊湊，但是開關磁阻電機有較大的噪聲和扭矩脈沖，而且需要位置檢測器，而這些缺點使得開關磁阻電機在現階段不適合應用于混合動力客車上。在混合動力客車動力系統中，電機是作為輔助動力的，而且電機屬于高速旋轉設備，如果電機出現故障，電機產生的瞬態扭矩將使車輛的穩定性和動力性將受到影響，而且，電機由高壓電池組驅動，如果電機出現故障而不能及時容錯，電機產生的瞬態電流將使電池受到損害，因此在混合動力系統中對電機進行故障診斷是非常必要的。

2.電機的故障診斷方法及典型故障診斷分析

2.1電機故障的診斷方法

（1）傳統的電機故障診斷方法

在傳統的基于數學模型的診斷方法中，經典的基于狀態估計或過程參數估計的方法被應用于電機故障檢測。圖1為用此類方法進行故障診斷的原理框圖。這種方法的優點是能深入電機系統本質的動態性質，可實現實時診斷，而缺點是需建立精確的電機數學模型，選擇適當決策方法，因此，當電機系統模型不確定或非線性時，此類方法就難以實現了。

（3）基于模糊邏輯的電機故障診斷方法

圖3為基于模糊邏輯的電機故障診斷方法框圖，故障診斷部分是一個典型的模糊邏輯系統，主要包括模糊化單元、參考電機、底層模糊規則和解模糊單元。其中，模糊推理和底層模糊規則是模糊邏輯系統的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力，該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊涵關系及推理規則來進行的。模糊規則的制定有兩種基本方法：第一，啟發式途徑來源于實際電機操作者的語言化的經驗。第二，是采用自組織策略從正常和故障電機測量獲得的信號進行模糊故障診斷的制定，將此方法通過計算機仿真實現，對電機故障有較好的識別能力。

（4）基于遺傳算法的電機故障診斷方法

遺傳算法是基于自然選擇和基因遺傳學原理的搜索算法，它的推算過程就是不斷接近最優解的方法，因此它的特點在于并行計算與全局最優。而且，與一般的優化方法相比，遺傳算法只需較少的信息就可實現最優化控制。由于一個模糊邏輯控制器所要確定的參變量很多，專家的經驗只能起到指導作用，很難根據指導準確地定出各項參數，而反復試湊的過程就是一個尋優的過程，遺傳算法可以應用于該尋優過程，較有效地確定出模糊邏輯控制器的結構和數量。

遺傳算法應用于感應電機基于神經網絡的故障診斷方法的框圖如圖4所示。設計神經網絡的關鍵在于如何確定神經網絡的結構及連接權系數，這就是一個優化問題，其優化的目標是使得所設計的神經網絡具有盡可能好的函數估計及分類功能。具體地分，可以將遺傳算法應用于神經網絡的設計和訓練兩個方面，分別構成設計遺傳算法和訓練遺傳算法。許多神經網絡的設計細節，如隱層節點數、神經元轉移函數等，都可由設計遺傳算法進行優化，而神經網絡的連接權重可由訓練遺傳算法優化。這兩種遺傳算法的應用可使神經網絡的結構和參數得以優化，特別是用DSP來提高遺傳算法的速度，可使故障響應時間小于300μs，不僅單故障信號診斷準確率可達98%，還可用于雙故障信號的診斷，其準確率為66%。

近年來，電機故障診斷的智能方法在傳統方法的基礎上得到了飛速發展，新型的現代故障診斷技術不斷涌現：神經網絡、模糊邏輯、模糊神經網絡、遺傳算法等都在電機故障診斷領域得到成功應用。隨著現代工業的發展，自動化系統的規模越來越大，使其產生故障的可能性和復雜性劇增，僅靠一種理論或一種方法，無論是智能的還是經典的，都很難實現復雜條件下電機故障完全、準確、及時地診斷，而多種方法綜合運用,既可是經典方法與智能方法的結合，也可是兩種或多種智能方法的結合，兼顧了實時性和精確度,因此多種方法的有機融合、綜合運用這一趨勢將成為必然，也將成為電機故障在線診斷技術發展的主流方向。

參考文獻：

[1]陳清泉,詹宜君，21世紀的綠色交通工具——電動汽車[M]，北京:清華大學出版社,2001

篇8

有研究發現，外加電壓小時，氧化膜絕緣，當電壓升高到一定值時，氧化膜被擊穿。當擊穿后，不管電流如何增加，由于導電點的增加、導電面積的擴大，則接觸電壓保持恒定。

氧化膜具有非常好的性能，電刷與集電環接觸表面起作用的層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環分開，使摩擦在石墨層間進行，降低了摩擦系數，減少了摩擦熱的產生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無法重新建立導致的。

一、電刷及集電環常見故障的原因及解決辦法

電刷在運行中最常見的故障為發熱、產生火花、嚴重的燒損電刷刷握及集電環。從產生過熱故障的原因看，主要有以下幾個方面：

1、由于通風不良導致的發熱：通風不良主要是因為冷卻風道堵塞，集電環表面通風溝、通風孔堵塞、循環風扇風量下降等原因，尤其是當運行中集電環表面溫度過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環表面的散熱通道。因此在大小修時，應對集電環表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網進行清理，保持通暢。對于經過多次車削的集電環，如果集電環表面的通風溝高度不到5mm，已經車削到徑向限制孔時，就應當按照說明書根據最小使用外徑進行更換，以保證集電環的機械及散熱可靠性。

2、由于接觸電阻過大或分布不均勻而產生的發熱：集電環和電刷是通過相互滑動接觸導通勵磁電流的，根據容量及型號的不同，每個集電環上大約分布著數十只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會導致發熱不均勻，有以下幾個原因：（1）電刷與滑環表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過大。可通過測量單個電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯結壓降、刷辮壓降進行相互間對比來檢查。同時檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于過熱變軟老化失去彈性等原因。應使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應完整無機械損傷，壓力應符合其產品的規定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5％；非恒壓的電刷彈簧，有規定時壓力應符合其產品的規定，當無規定時，應調整到不使電刷冒火的最低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個電刷的壓力應均勻。（3）集電環與轉子引線接觸電阻過大，這種情況應對集電環與轉子引線間的緊固螺絲進行加固。（4）電刷材質不良、導電性能差、使用的型號不符合要求或者使用了不同型號的電刷。同一電機上應使用同一型號、同一制造廠的電刷，對于外觀檢查有明顯差異的電刷應更換。

3、由于機械及摩擦等原因造成的過熱：集電環與電刷過熱故障中，很大一部分是由于機械及摩擦等原因導致的過熱，如果在開機時還未加勵磁，就已經發現集電環與電刷溫度高，或者在運行中溫度過高，拔出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機械及摩擦原因導致的。機械及摩擦導致發熱的情況很復雜，主要有以下幾個方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過多的電刷。運行中更換電刷，在同一時間內，每個刷架上只允許更換1－2個電刷。換上的新電刷應事先在與集電環直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號須一致。如果在大修時一次更換的電刷很多，應當在投運前沖轉時，為電刷表面形成氧化膜留夠充足的時間。（2）電刷與集電環接觸面過小，接觸面積一般不應小于單個電刷截面的75％。（3）電刷在刷盒中搖擺或動作卡澀。電刷在刷握內應能上下自由移動，其間隙應符合產品的規定，當無規定時，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm.（4）刷握與集電環表面間隙過大。由于電刷材質較脆，當刷握與集電環表面間隙過大時，運行中電刷不能整體接觸集電環，與集電環呈斜面接觸，容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環表面的間隙應符合產品技術要求，當產品無規定時，其間隙可調整為2－3mm.調整間隙時，可使用一層2－3mm厚的橡膠墊附在集電環表面，將刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定位螺絲，取出橡膠墊

二、幾起集電環、電刷故障的分析及建議

1、加強對電刷表面氧化膜的認識，創建其形成和正常工作的條件：近期發生的幾起故障，主要原因是因為電刷表面的氧化膜層無法形成，氧化膜的形成需要一些條件，當條件不滿足時，氧化膜無法形成或形成不良，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成，當集電環、電刷出現過熱故障時，通常溫度都在150℃以上，此時即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到作用，電刷磨損將加劇，導致溫度繼續升高，成為惡性循環。此時可采取外部強迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風扇通風等手段，使集電環溫度降到正常范圍內，持續一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入良性循環狀態。（2）冷卻空氣中有污染性雜質：空氣中的雜質對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質。電刷磨損時，本身會產生碳粉的粉塵雜質，可采用在刷架罩冷卻通風循環通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內的空氣質量。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發生氧化作用而產生，當含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。

氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關外，還有電刷過度研磨、使用溶劑進行擦拭、集電環表面光潔度不良以及碳刷材質不合格等原因。

2、電刷及刷架產品在選購過程中應嚴格控制質量：目前同一品牌的電刷，都是在各個不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們在進貨過程中對產品質量嚴格把關，對生產廠家的工藝和質量檢測手段及程序進行了解。

3、生產運行中加強對集電環及電刷的維護管理：加強電刷、集電環系統的專職維護制度，提高專責人的技術水平，嚴格按照《汽輪發電機運行規程》的要求對集電環、電刷進行檢查和運行維護，一次更換電刷的數量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術進行集電環、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時作為輔助分析的工具。

另外，本次會議還就定子絕緣引水管結垢提出分析建議：

1、當發現絕緣引水管結垢很嚴重時，或者已經影響到常規預試結果時，建議全部更換新的絕緣引水管。

2、發電機每次大修結束后，開機前定子水系統應使用除鹽水進行帶壓力反復沖洗，直至排水清澈無顆粒，電導率合格。

3、發電機正常運行期間累積運行時間達到兩個月遇有停機機會時，對定、轉子內冷水系統進行反沖洗。

4、完善發電機整個冷卻水系統，應盡可能使其密閉循環，運行中水質含銅量高，絕緣引水管內壁臟污結垢主要成分為銅，是因為水路不密閉，長期氧化腐蝕銅管導致。

篇9

斬波內饋調速是融斬波控制和內饋電機兩項專利技術于一體的新型高壓電機調速技術。該技術可在高壓中、大容量的風機、泵類節能調速中應用。

斬波實際是變流主電路的數字控制，目的是克服移相控制存在的缺點。從根本上解決了有源逆變器可靠性問題。目前，斬波控制已被視為取代移相控制的發展方向。

內饋調速是一種基于轉子的電磁功率控制調速，其原理是把定子傳輸給轉子的電磁功率中的一部分功率移出去。這樣定子傳輸的電磁功率不變，但移出的電功率可任意控制，轉子總的電磁功率就被改變，電機轉速就可得到控制。

內饋調速巧妙地在異步機的定子上加設一個內饋繞組，專門用來接受轉子移出的電功率。內饋繞組此時工作在發電狀態，它把接受的電功率又通過電磁感應，反方向傳輸給定子原繞組，使定子的輸入功率減小，與機械功率平衡，實現了高效率的無級調速。

內饋調速最適合于高壓大容量電機，其特點如下。

1．回避了定子控制的高電壓問題，可實現高壓電機低壓控制；

2．控制裝置的容量可小于電機的容量，即為小容量控制大容量；

3．控制裝置和定子電源均為電磁隔離，有效地抑制了控制裝置產生的諧波電流對電源的干擾；

4．整個系統沒有外附變壓器，調速損耗小，效率高。

二、節能效益和環境效益

1．該項目年節電量618.9253萬kW•h，折標準煤2500.46t，可減排二氧化碳1812.83t。

2．按山東上網電價0.30元／kW•h計算，年節能效益185.68萬元。

3．投資回收期為1.59年。

篇10

關鍵詞：無刷直流電機控制MC33035

1概述

MC33035無刷直流電機控制器采用雙極性模擬工藝制造，可在任何惡劣的工業環境條件下保證高品質和高穩定性。該控制器內含可用于正確整流時序的轉子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進行補償的參考電平，同時它還具有一個頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個誤差信號放大器、一個脈沖調制器比較器、三個集電極開路頂端驅動輸出和三個非常適用于驅動功率場效應管（MOSFET）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外，MC33035還有欠鎖定功能，同時帶有可選時間延遲鎖存關斷模式的逐周限流特性以及內部熱關斷等特性。其典型的電機控制功能包括開環速度、正向或反向、以及運行使能等。

2管腳排列及功能定義

MC33035的管腳排列如圖1所示，各引腳功能定義見表1。

表1MC33035的管腳功能定義定

管腳編號符號功能定義

1，2，24BT，AT，CT三個集電極開路頂端驅動輸出，用于驅動外部上端功率開關晶體管

3Fwd/Rev正向/反向輸入，用于改變電機轉向

4，5，6SA,SB,SC三個傳感器輸入，用于控制整流序列

7OoutputEnable輸出使能，高電平有效。該腳為高電平時，可使電機轉動

8ReferenceOutput此輸出為振蕩器定時電容CT提供充電電流，并為誤差放大器提供參考電壓，也可以向傳感器提供電源

9CurrentSenseNoninvertingInput電流檢測同向輸入。在一個給定的振蕩器周期中，一個相對于管腳15為100mV的信號可中止輸出開關導通。通常此管腳連接到電流檢測的上端

10Oscillator振蕩器引腳，振蕩頻率由定時元件RT和CT所選擇的參數值決定

11ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號放大器同向輸入。通常連接到速度設置電位器上

12ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號放大器反向輸入。在開環應用情況下，此輸入通常連接到誤差放大器輸出端

13ErrorAmpOut/PWMInput誤差放大器輸出/PWM輸入。在閉環應用情況下，此管腳用作補償

14FaultOutput故障輸出端。當下列的任一或多個條件滿足時，集電極開路輸出端被觸發而變為低；無效的傳感器輸入碼，電流檢測超過100mV，低電壓鎖定或熱關斷

15CurrentSenseInvertingInput電流檢測反向輸入端。用于給內部100mV門限電壓提供參考地，該管腳通常連接到電流檢測電阻的底端

16Gnd該管腳用于為控制電路提供一個分離的接地點，并可以作為參考返回到電源地

17Vcc正電源。Vcc在10V～30V的范圍內，控制器均可正常工作

18Vc底部驅動輸出的高端電壓是由該管腳提供的，它的工作范圍從10V～30V

19，20，21CB,BB,AB這三個圖騰柱式底部驅動輸出被設計用于直接驅動外部底部功率開關晶體管

2260°/120°Select此管腳的電氣狀態可決定控制電路是工作在60°（高電平狀態）還是120°（低電平狀態）的傳感器電氣相位輸入狀態下

23Brake輸出使能。該管腳為低時允許馬達運行，為高時馬達運行停止

表2三相六步換向器真值表

輸入

輸出

60度

SASBSC120度

SASBSC正向/反向使能電流檢測頂部驅協

ATBTCT底部驅動

ABBBCB

100100110011001

110110110101001

111010110101100

011011110110100

001001110110010

000101110011010

100100010110100

110110010110010

111010010011010

011011010011001

001001010101001

000101010101100

101111XXX111000

010000XXX111000

VVVVVVX0X111000

VVVVVVX1X111000

表中,V表示六個有效傳感器或驅動組合中的一個，X表示無關；輸入邏輯0定義為小于85mV，邏輯1為于115mV

3工作原理

MC33035的內部結構框圖如圖2所示。

圖2MC33035的內部結構框圖

MC33035內部的轉子位置譯碼器主要用于監控三個傳感器輸入，以便系統能夠正確提供高端和低端驅動輸入的正確時序。傳感器輸入可直接與集電極開路型霍爾效應開關或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內含上拉電阻，其輸入與門限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產品控制的三相電機可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120度選擇可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的傳感器相位電機。其三個傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉子位置，另外兩種編碼組合無效。通過六個有效輸入編碼可使譯碼器在使用60度電氣相位的窗口內分辨出電機轉子的位置。表2所列是其真值表。

MC33035直流無刷電機控制器的正向/反向輸出可通過翻轉定子繞組上的電壓來改變電機轉向。當輸入狀態改變時，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變為低電平，從而改變整流時序，以使電機改變旋轉方向。

電機通/斷控制可由輸出使能來實現，當該管腳開路時，連接到正電源的內置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅動輸出時序。而當該腳接地時，頂端驅動輸出將關閉，并將底部驅動強制為低，從而使電動機停轉。

MC33035中的誤差放大器、振蕩器、脈沖寬度調制、電流限制電路、片內電壓參考、欠壓鎖定電路、驅動輸出電路以及熱關斷等電路的工作原理及操作方法與其它同類芯片的方法基本類似，這里不多述。

圖3三相六步全波電機控制電路

4實際控制電路

4.1三相六步電機控制電路

圖3所示的三相應用電路是具有全波六步驅動的一個開環電機控制器的電路連接圖。其中的功率開關三極管為達林頓PNP型，下部的功率開關三極管為N溝道功率MOSFET。由于每個器件均含有一個寄生箝位二極管，因而可以將定子電感能量返回的電源。其輸出能驅動三角型連接或星型連接的定子，如果使用分離電源，也能驅動中線接地的Y型連接。

在任意給定的轉子位置，圖3所示的電路中都僅有一個頂部和底部功率開關（屬于不同的圖騰柱）有效。因此，通過合理配置可使定子繞組的兩端從電源切換到地，并可使電流為雙向或全波。由于前沿尖峰通常在電流波形中出現，并會導致限流錯誤。因此，可通過在電流檢測輸入處串聯一個RC濾波器來抑制類峰。同時,Rs采用低感型電阻也有助于減小尖峰。

4.2有刷電機控制電路

雖然MC33035是專為控制無刷直流電機而設計的，但它也可以用來控制直流有刷型電機。圖4所示就是一個使用MC33035來控制直流有刷型電機的典型應用電路實例。

圖4中，MC33035通過驅動一個H型電四橋可用最少的器件來控制一個有刷電機。該控制的關鍵在于：要將輸入傳感器編碼為100，同時，在控制器正向/反向管腳為邏輯電平1時，還應產生一個頂部到左Q1和底部到右Q3的驅動信號，而當正向/反向管腳的邏輯電平為時，則應產生頂部到右Q4和底部到左Q2的驅動。該編碼可以保證H型驅動同時滿足方向和速度控制的要求。該控制器可在大約25kHz的脈寬調制頻率下正常工作。電機速度的控制可通過調節誤差放大器同相輸入端的電壓來輸入。而電機電流的逐周限流則可由檢測H型電橋電機電流并通過電阻Rs到地之間所產生的電壓（100mV門限）來實現。由于利用過流檢測電路可改變電機轉向，因此，在工作時，使用正常的正向/反向切換不需要在變向前完全停止。

圖4H型電機有刷型控制器電路