電力電子方向畢業(yè)論文
隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,電力電子技術(shù)發(fā)展十分迅速,日趨廣泛地應(yīng)用于能源、工業(yè)、信息、家電消費(fèi)品等領(lǐng)域。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家搜集整理的關(guān)于電力電子方向畢業(yè)論文的內(nèi)容,歡迎大家閱讀參考!
電力電子方向畢業(yè)論文篇1
淺析電力電子系統(tǒng)故障診斷方法
摘要:由于故障診斷是從被監(jiān)測和診斷的對(duì)象表征去尋找故障的成因、部位,并確定故障的嚴(yán)重程度的,因此,如果把由已知故障去分析系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)行特性與表征叫做正問題,那么故障診斷就是逆問題了。
關(guān)鍵詞:電力電子系統(tǒng),故障診斷
電力電子電路的實(shí)際運(yùn)行表明,大多數(shù)故障表現(xiàn)為功率開關(guān)器件的損壞,其中以功率開關(guān)器件的開路和直通最為常見。電力電子電路故障診斷與一般的模擬電路、數(shù)字電路的故障診斷存在較大差別,由于電力電子器件過載能力小,損壞速度快,其故障信息僅存在于發(fā)生故障到停電之前數(shù)十毫秒之內(nèi),因此,需要實(shí)時(shí)監(jiān)視、在線診斷;另外電力電子電路的功率已達(dá)數(shù)千千瓦,模擬電路、數(shù)字電路診斷中采用的改變輸入看輸出的方法不再適用,只能以輸出波形來診斷電力電子電路是否有故障及有何種故障。
故障診斷的關(guān)鍵是提取故障的特征。故障特征是指反映故障征兆的信號(hào)經(jīng)過加工處理后所得的反映設(shè)備與系統(tǒng)的故障種類、部位與程度的綜合量。故障診斷方法按提取特征的方法的區(qū)別,可分為譜分析方法、基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法、采用模式識(shí)別的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、專家系統(tǒng)的方法、小波變換的方法和利用遺傳算法等。這些方法將在下文具體介紹。
1.故障診斷中的譜分析方法
在故障診斷中比較常用的信號(hào)處理方法是譜分析。。常用傅里葉譜、沃爾什譜,另外還有濾波、相關(guān)分析等。譜分析的目的:信號(hào)中包含噪聲,為了提取特征;故障信號(hào)的時(shí)域波形不能清楚地反映故障的特征。而電力電子電路中包含故障信息的關(guān)鍵點(diǎn)信號(hào)通常具有周期性,因此可以用傅里葉變換將時(shí)域中的故障波形變換到頻域,以突出故障特征,實(shí)現(xiàn)故障診斷。
傅里葉變換是將某一周期函數(shù)分解成各種頻率的正弦分量,類似地,沃爾什變換是將某一函數(shù)分解成一組沃爾什函數(shù)分量。自適應(yīng)濾波是一種數(shù)字信號(hào)的處理統(tǒng)計(jì)方法,它不需要知道信號(hào)一二階的先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)知識(shí),直接利用觀測資料,通過運(yùn)算改變?yōu)V波器的某些參數(shù),而使自適應(yīng)濾波器的輸出能自動(dòng)跟蹤信號(hào)特性的變化。在電力電子系統(tǒng)故障診斷中,可以用自適應(yīng)處理來實(shí)現(xiàn)噪聲抵消,譜線增強(qiáng)等功能,從噪聲背景下提取故障特征,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的診斷。
2.參數(shù)模型與故障診斷
如果系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是已知的,就可以通過測量,估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù),確定狀態(tài)變量和系統(tǒng)參量是否變化。采用基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法,可以從較少的測量點(diǎn)去估計(jì)系統(tǒng)的多個(gè)狀態(tài)量或系統(tǒng)參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)故障診斷。
進(jìn)一步又可以分為檢測濾波器方法、狀態(tài)估計(jì)法和參數(shù)辨識(shí)方法三種。
2.1檢測濾波器方法
它將部件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的故障的輸出方向分別固定在特定的方向或平面上。
2.2狀態(tài)估計(jì)法
通過監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)變化,也能反映由系統(tǒng)參數(shù)變化引起的故障,并對(duì)故障進(jìn)行診斷。與一般的狀態(tài)估計(jì)不同,在進(jìn)行故障診斷時(shí),并不是去估計(jì)未知的狀態(tài)信息,而是借助觀測器或卡爾曼濾波器去重構(gòu)系統(tǒng)的輸出,以便取得系統(tǒng)輸出的估計(jì)值。這個(gè)估計(jì)值與實(shí)際輸出值之差就叫量測殘差。殘差中含有大量的系統(tǒng)內(nèi)部變化的信息,因此可以作為故障診斷的依據(jù)。狀態(tài)估計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是在線計(jì)算量小,診斷速度快。
2.3參數(shù)辨識(shí)方法
實(shí)時(shí)辨識(shí)出系統(tǒng)模型的參數(shù),與正常時(shí)模型的參數(shù)比較,確定故障。常用的有最小二乘法。
3.模式識(shí)別在故障診斷中的應(yīng)用
故障的模式識(shí)別就是從那些反映系統(tǒng)的信息中抽取出反映故障的特征,并根據(jù)這些特征的不同屬性,對(duì)故障進(jìn)行分類。用模式識(shí)別方法進(jìn)行故障診斷,是根據(jù)樣本的數(shù)學(xué)特征來進(jìn)行的,因此它不需要精確的數(shù)學(xué)模型。。對(duì)于一些被診斷對(duì)象數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜、不易求解的問題,模式識(shí)別方法也是適用的。另外,在對(duì)工業(yè)系統(tǒng)的故障診斷中應(yīng)盡量利用非數(shù)學(xué)(包括物理和結(jié)構(gòu))方面的特征,設(shè)計(jì)出各種各樣的特征提取器,這樣將有利于利用對(duì)已有系統(tǒng)的知識(shí),有利于減少計(jì)算工作量。由于特征的選擇和提取與待識(shí)別的模式緊密相關(guān),故很難有某種泛泛的規(guī)律可循。目前常用的方法有:最小距離分類法,Bayes分類法,F(xiàn)isher判別法,從參數(shù)模型求特征,用K-L變換提取特征等
4.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法
利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自歸納能力,經(jīng)過一定的訓(xùn)練,建立起故障信號(hào)與故障分類之間的映像關(guān)系。利用學(xué)習(xí)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)故障診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的神經(jīng)元廣泛互連而成的網(wǎng)絡(luò),這里以BP網(wǎng)絡(luò)為例加以介紹。BP網(wǎng)絡(luò)是單向傳播的多層前向網(wǎng)絡(luò),它由輸入層、中間層和輸出層組成,中間層可有若干層,每一層的神經(jīng)元只接受前一層神經(jīng)元的輸出。BP網(wǎng)絡(luò)中沒有反饋,同一層的節(jié)點(diǎn)之間沒有耦合,每一層的節(jié)點(diǎn)只影響下一層節(jié)點(diǎn)的輸入。
BP網(wǎng)絡(luò)一般采取的學(xué)習(xí)算法是:網(wǎng)絡(luò)的輸出和希望的輸出進(jìn)行比較,然后根據(jù)兩者之間的差調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值,最終使誤差變?yōu)樽钚?。?dāng)電力電子電路發(fā)生故障時(shí),如果能夠利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力,使故障波形與故障原因之間的關(guān)系通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)后保存在其結(jié)構(gòu)和權(quán)中,然后將學(xué)習(xí)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于故障診斷,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以通過對(duì)當(dāng)前電壓或電流波形的分析,得出故障原因,從而實(shí)現(xiàn)故障的在線自動(dòng)診斷。
5.專家系統(tǒng)
由于故障診斷是從被監(jiān)測和診斷的對(duì)象表征去尋找故障的成因、部位,并確定故障的嚴(yán)重程度的,因此,如果把由已知故障去分析系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)行特性與表征叫做正問題,那么故障診斷就是逆問題了。這種逆問題的求解明顯不同于正問題的求解,而人工智能AI(ArtificialIntelligence)技術(shù)中的專家系統(tǒng)ES(ExpertSystem)正是解這種逆問題的有利工具。專家系統(tǒng)是人工智能研究的一個(gè)分支,它是通過模擬專家的經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)故障診斷。專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下表所示:一個(gè)典型的診斷專家系統(tǒng)通過在線監(jiān)測并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯,然后傳送到診斷運(yùn)行中心,在這里由專家系統(tǒng)進(jìn)行處理、分析和診斷,最后將診斷結(jié)果和處理建議自動(dòng)地反饋回運(yùn)行現(xiàn)場。因此,專家系統(tǒng)是診斷系統(tǒng)中最核心的部分。
6.小波變換的方法
在故障診斷中,突變信號(hào)往往對(duì)應(yīng)著設(shè)備的某種故障,分析和識(shí)別系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種波形信號(hào),并判別其狀態(tài),是進(jìn)行電路故障診斷中的有效方法之一。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出的信號(hào)較平穩(wěn),一旦設(shè)備出現(xiàn)故障,就將發(fā)出具有奇異性的動(dòng)態(tài)非平穩(wěn)信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的快速、準(zhǔn)確檢測,必須有效地識(shí)別故障發(fā)生瞬間的非平穩(wěn)信號(hào)。信號(hào)的處理與分析是故障預(yù)測和診斷的基礎(chǔ),提高診斷的準(zhǔn)確度需要信號(hào)處理和分析方法,小波變換以其對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)局部化分析,及良好的時(shí)—頻定位功能的突出優(yōu)點(diǎn),為故障診斷提供了新的、強(qiáng)有力的分析手段,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)故障診斷中因?yàn)閷<业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)很難精確描述,存在知識(shí)獲取的“瓶頸”問題。。
7.遺傳算法
遺傳算法GA(GeneticAlgorithm)是一種新發(fā)展起來的優(yōu)化算法,目前它已經(jīng)成為人們用來解決高度復(fù)雜問題的一個(gè)新思路和新方法。它依據(jù)適者生存、優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化規(guī)則,對(duì)包含可能解的群體進(jìn)行基于遺傳學(xué)的操作,不斷生產(chǎn)新的群體并使群體不斷進(jìn)化,同時(shí)以全局并行搜索優(yōu)化群體中的最優(yōu)個(gè)體以求得滿足要求的最優(yōu)解。GA以其能以較大概率求得全局最優(yōu)解、計(jì)算時(shí)間較少、具有較強(qiáng)魯棒性等特點(diǎn)在電力電子故障診斷系統(tǒng)中也得到了應(yīng)用。合理利用采集信息(即把采集信息分為三層),運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行分層信息故障診斷;將遺傳算法應(yīng)用在故障診斷專家系統(tǒng)的推理和自學(xué)習(xí)中,可以克服專家系統(tǒng)存在的推理速度慢和在先驗(yàn)知識(shí)很少的情況下知識(shí)獲取困難的障礙,提高了專家系統(tǒng)的適應(yīng)性。
參考文獻(xiàn):
[1]虞和濟(jì).故障診斷的基本原理[M].北京;冶金出版社,1989.
[2]周青龍.故障診斷與監(jiān)控[M].北京;兵器工業(yè)出版社,1992.
[3]宋報(bào)維.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與分析[M].西安;西北工業(yè)大學(xué)出版社,2000.
[4]蔣建國等.故障診斷學(xué)及其在電工中的應(yīng)用[M].北京;科學(xué)出本社,1995.
電力電子方向畢業(yè)論文篇2
淺談電力電子仿真教學(xué)
摘要:該文介紹了一種基于multisim仿真軟件的電力電子課程教學(xué)方法。并選擇了兩種典型的電力電子電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)過程詳細(xì)說明了仿真電路的建立、電子元件的選擇、電路參數(shù)設(shè)置以及波形分析。
關(guān)鍵詞:multisim;仿真;電力電子電路
1 概述
電力電子技術(shù)是強(qiáng)電專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程,其實(shí)踐性很強(qiáng),對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力要求較高。筆者在該課程的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾個(gè)問題:
1)學(xué)生很難理解電力電子器件的工作原理,比如晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件。
2)在授課過程中電力電子波形的繪制需要花費(fèi)較長的時(shí)間,尤其是三相電路的相關(guān)波形。
3)在實(shí)訓(xùn)過程中耗材的損耗很大,比如晶閘管、晶體管等。
4)電力電子系統(tǒng)多為高電壓、大電流的大功率系統(tǒng),實(shí)訓(xùn)過程中對(duì)于學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全不能得到絕對(duì)保證。
如果在教學(xué)過程中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就可以很好的解決這些問題,同時(shí)仿真教學(xué)可以使得教學(xué)過程更為生動(dòng)、直觀,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)質(zhì)量。
2 multisim仿真軟件介紹
20世紀(jì)80年代加拿大的IIT公司推出了一款頗具特色的電子仿真軟件EWB5.0,其界面形象直觀、操作方便、分析功能強(qiáng)大、易學(xué)易用。Multisim軟件是它的升級(jí)版,本文中所使用的是最新的multisim10版本,其主要特點(diǎn)有:
1)具有完全交互式的仿真器,允許使用者對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的改變,并能實(shí)時(shí)的看見電路仿真結(jié)果。
2)具有二十多種不同的虛擬儀器,包括示波器、萬用表、頻譜分析器等。
3)功能強(qiáng)大的教學(xué)選項(xiàng),老師可以自行制定Multisim 10的使用界面和可能選用的儀器和分析,從而控制學(xué)生在電路中所見的畫面,以及能夠存取的功能。
4)16000個(gè)零件數(shù)據(jù)庫,16000個(gè)零件資料庫。
圖1為multisim10的主界面。
3 仿真實(shí)例
1)單相半波可控整流電路(阻性負(fù)載)
啟動(dòng)multisim10軟件,從其元件庫中選擇所需的電路元件,連接成電路。如圖2所示。其中雙蹤示波器用來顯示觸脈沖和負(fù)載上的電壓波形,A相位為負(fù)載波形,B相位為觸發(fā)波形。
啟動(dòng)電路開始仿真,波形如圖3所示,顯然負(fù)載上的波形為缺口的正弦半波波形。
2)三相半波可控整流電路(阻感性負(fù)載)
如圖4所示為三相半波整流電路,負(fù)載為阻感性負(fù)載。圖5為阻感性負(fù)載上的電壓波形。
4 結(jié)束語
利用multisim實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué),同傳統(tǒng)的電力電子實(shí)驗(yàn)相比,可以邊實(shí)驗(yàn)邊修改,由于使用的元器件和儀表都是虛擬的,所以不存在安全問題,另外實(shí)驗(yàn)成本低,實(shí)驗(yàn)效率高,實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀形象。學(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)過程中,有自己獨(dú)立思考的時(shí)間和空間,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。但是仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段,因?yàn)閷W(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)中看到的都是理想波形,而實(shí)際上會(huì)存在很多的干擾信號(hào),學(xué)生只有在真實(shí)的硬件試驗(yàn)中才會(huì)掌握。只有將仿真實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,才能幫助學(xué)生更快更好地掌握知識(shí),進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新的能力。
參考文獻(xiàn):
[1] 王兆安,黃俊. 電力電子技術(shù)[M].4版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.
[2] 王云亮. 電力電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.
[3] 聶典,丁偉. Multisim10計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.