旋阀结构可变电感器的研究及其在滤波器中的应用初探

发布时间：2017-07-20 17:29

  本文关键词：旋阀结构可变电感器的研究及其在滤波器中的应用初探

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【摘要】：在现代科学技术的众多领域中,控制技术起着越来越重要的作用,其被应用于众多产业部门,提高了劳动生产率。自动控制理论与电气技术、电力学、电子学有着密切的关系,自动控制系统往往是通过电路实现的,电路一般是由导线连接电阻器、电感器、电容器和电力电子器件等元件组成。上述四种元件中电感器与磁性材料有着密不可分的关系。由于磁学的概念比较抽象,磁场建模较为复杂,磁介质参数难以实现精确地测量,电感器的设计研究一直是电路元件研发和控制系统设计中的难点。根据电感量是否可调可以将电感器分为固定电感器和可变电感器。可变电感器作为传统电感元件一个重要分类,能够在电路中能够实现阻抗变化、对电流进行调节、补偿无功功率、提高电力系统的稳定性和电能质量。在谐波抑制、实现电力电子装置功能多样化、自动检测方面也有着广阔的应用前景。文章首先对目前主要的可变电感器进行介绍和概括,对其电感量的调节原理进行分析,并讨论其优缺点。其次,对电磁分析的基础知识和基本理论进行介绍,包括磁性材料的非线性特征,复磁导率的主要测算方法,磁路分析方法,麦克斯韦方程组和有限元理论,为后续定性分析和定量计算提供理论基础。接着对旋阀结构可变电感器硬件组成和原理进行说明。首先对电感器的原材料和部件进行简要介绍,包括规格型号和主要性能参数;然后对旋阀部件加工制作的过程和难点进行了简介;接着说明了本结构电感器的原理并定性分析了电感随旋阀角位移的变化关系;最后建立了等效磁路模型,为后续数学推导提供基础。然后对可变电感的几个主要参数进行了数学推导,包括饱和电角度、等效磁阻率、复磁导率、电感值、无功功率。在上述分析基础上,以本文可变电感器为目标,通过电磁有限元分析软件Ansoft建立瞬态仿真文件,通过运行仿真模型验证本结构的可行性。完成仿真模拟后再通过对可变电感器实物模型进行实验,测算不同角度下的电感值,以实验证明本结构可变电感的可行性和实用性。最后对可变电感在自调谐滤波器中的应用进行了初步探索,并提出了一种改进型的五维可视化方法,与已有方案进行比较,以验证新方案的可行性和实用性。
【关键词】：旋阀 可变电感器 复数磁导率 仿真模型 可视化
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM55;TN713
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 引言8
• 1.2 可变电感器的应用、原理及分类8-15
• 1.2.1 可变电感器的应用8-11
• 1.2.2 可变电感器原理11
• 1.2.3 可变电感器的主要类型11-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 电磁分析的基本理论和方法17-27
• 2.1 磁性材料的特性17-20
• 2.2 复数磁导率主要测算方法简介20-24
• 2.3 磁路分析理论24-25
• 2.4 麦克斯韦方程组与有限元分析理论25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 旋阀式可变电感器的结构与工作原理27-39
• 3.1 主要部件及材料28-31
• 3.2 旋阀的加工制作31-35
• 3.3 旋阀式可变电感器的原理简介35-37
• 3.4 旋阀式可变电感器的等效磁路37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 旋阀式可变电感器的主要参量数学表达39-66
• 4.1 饱和电角度39-40
• 4.2 等效磁阻率40-41
• 4.3 铁芯总等效复磁导率41-47
• 4.4 电感值数学表达式47-52
• 4.5 谐波分析52-57
• 4.5.1 总谐波畸变率56
• 4.5.2 位移、畸变和总功率因数56-57
• 4.5.3 电感极值与基波电流的关系57
• 4.6 可变电感无功能量与无功功率初探57-65
• 4.6.1 基波无功功率58-61
• 4.6.2 理想正弦下的无功能量与无功功率61-62
• 4.6.3 基波电压与谐波电流之间的无功分析62-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第5章 有限元仿真分析66-80
• 5.1 电磁场有限元分析简介66
• 5.2 仿真软件简介66-67
• 5.3 旋阀结构可变电感器仿真分析67-79
• 5.3.1 仿真流程67-68
• 5.3.2 创建文件及主要设置68-69
• 5.3.3 模型材料设置69-70
• 5.3.4 瞬态设置70-72
• 5.3.5 设置边界及激励72
• 5.3.6 网格剖分72-73
• 5.3.7 求解设置73-75
• 5.3.8 仿真结果75-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 实验分析80-84
• 6.1 电感器实物及实验80-83
• 6.2 本章小结83-84
• 第7章 旋阀式可变电感器在自调谐LC滤波器中应用初探84-94
• 7.1 谐波的概念及其危害84-85
• 7.2 固定参数滤波器的局限85
• 7.3 连续自调谐LC滤波器初探85-93
• 7.3.1 原理及系统结构85-87
• 7.3.2 单相不控整流电路中的应用87-93
• 7.4 本章小结93-94
• 第8章 总结和展望94-96
• 8.1 总结94
• 8.2 展望94-96
• 参考文献96-100
• 发表论文和参加科研情况说明100
• 附件100-101
• 致谢101-102
• 附录102-104

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