基于PIC-MCC实现空气介质阻挡放电过程的数值模拟

在大气压介质阻挡放电的实际应用中,空气介质阻挡放电具有极其广泛的工业化应用前景。目前,空气均匀放电的获得仍比较困难,且诊断均匀性的依据缺乏可信的依据。文章采用粒子云网格法(Particle in Cell,PIC)与蒙特卡罗碰撞(Monte Carlo Collision,MCC)方法模拟了放电过程中粒子的运动情况,研究大气压下空气介质阻挡放电的发展过程,然后讨论介质厚度、电源频率对形成均匀放电的影响,并研究这两种因素对等离子体密度的影响。模拟结果表明:介质厚度在d≥1.5 mm时可获得没有放电细丝的电流波形;电源频率高于2.5 kHz时,放电细丝是难以避免的。在能够形成均匀放电的条件下,将介质厚度适当的调整在1.5 mm附近,提高电源频率,将产生更高的等离子体密度。

微米尺度气隙放电击穿电压及放电路径的分析

为分析微米尺度下气隙的击穿放电特性,本文搭建了微米尺度放电实验平台,在电极间距为1~100μm的范围内,研究气隙击穿特性随气压p和电极间距d的变化。当调节气压或电极间距,使得击穿电压到达最低点后,发现击穿电压曲线出现平台期,并且对于不同的外界条件,平台期的长度范围也有较大的区别。通过微米尺度电场的数值模拟,发现电极边缘的电场仍处于较高范围,在此范围内仍可达成自持放电,碰撞电离过程可以通过较长路径而非极板间的最短距离来达到电极间的击穿,使得击穿电压维持在最低点,从而形成平台期;而当电极间距小于10μm时,离子增强场致发射机制参与击穿,击穿电压最低点由平台期继续下移。阴极离子数密度不仅对电极间距敏感,同时还受到外界气压的影响,产生的离子增强场会增强场致发射的强度,进一步降低击穿电压。综合分析气压和电极间距,传统Paschen定律在微米尺度范围不再适用,击穿电压不再由电极间距d和所处气压p的乘积决定。

基于改进SSA-VMD和多尺度模糊熵的接地故障选线方法

针对高压配电网发生单相接地故障时暂态工频电流分量利用不充分,提出一种基于改进麻雀搜索算法优化变分模态分解(SSA-VMD)和多尺度模糊熵的接地故障选线方法。首先,利用精英反向学习策略提高麻雀搜索算法的种群多样性,利用改进后的SSA对VMD进行迭代寻优,由实验数据可得,优化后的变分模态分解可准确区分各馈线暂态零序电流的工频分量。其次,计算各馈线零序电流工频分量的多尺度模糊熵值,并采用多尺度模糊熵偏均值作为选线判据,选出故障线路。经MATLAB/Simulink仿真结果表明,该方法在大多数故障条件下均可正确选线,可靠性高,具有较强的鲁棒性。

微间距气压对场致发射影响的分析与计算

为研究微米间隙中气体的击穿特性,在3~100μm间隙距离中进行1~100 kPa可变气压的放电试验。试验发现10μm以下间距击穿电压曲线偏离巴申曲线,固定间距只改变压强时,击穿电压随气压的变化与较长间隙不同,3~5μm间距的击穿电压会随气压升高而降低。通过求解阴极附近离子数密度公式,发现微间距条件下阴极附近有较高的离子数密度,离子数密度会随气压的升高而增加,随间距增大而减小。离子数密度越高,在阴极表面附近形成离子附加电场就越强,与外电场耦合后促进场致发射,击穿会更易发生。计算了离子增强场效应系数γ’,并将其与Townsend二次发射系数γ对比,发现离子增强场效应对5μm以下的间隙放电影响最强烈,随间距的增加其影响逐渐减弱,10μm后击穿过程可用Townsend理论来解释。

基于CEEMDAN与改进小波阈值的电缆局部放电信号降噪方法

对检测到的电缆局部放电信号降噪是实现电缆绝缘诊断与评估的前提,为此提出一种基于自适应噪声的完备集合经验模态分解(CEEMDAN)与改进小波阈值的电缆局部放电信号降噪方法。首先,采用CEEMDAN算法将染噪局部放电信号进行分解,得到数个模态分量;然后,计算模态分量的峭度值,筛选出有效特征分量并重构;最后,将重构信号通过改进小波阈值法再次降噪去除冗余噪声,得到降噪后的局部放电信号。将该方法、传统小波阈值法及集合经验模态分解与改进小波阈值法分别用于不同噪声强度下局部放电仿真信号的降噪处理,结果表明该方法具有更高的信噪比与波形相似系数,能有效抑制周期性窄带干扰与白噪声。

LCLC电场式无线电能传输的耦合分析与实验

耦合极板的偏移是无线电能传输中不可忽略的问题,此处从无线电能传输技术中的谐振补偿和耦合机构部分进行分析,基于LCLC对称拓扑结构下,建立出系统框架模型以及推导出传输功率和效率的数学公式。在Maxwell平台搭建交叉耦合模型来分析耦合电容值的变化趋势;在Matlab软件中搭建了仿真模型来分析偏移后对系统电能传输的影响,最后进行实验验证。研究结果显示,极板间的错位耦合程度越大,系统输出功率衰减的程度越大,且呈非线性变化;其中竖直小角度偏移对输出的影响程度比水平偏移低;耦合机构的极板形状设计也会影响偏移特性;整个系统可以实现75.06%的最佳输出效率。

利用暂态频段信息的谐振接地系统故障选线方法

利用高低频暂态信息对谐振接地系统单相接地故障选线的方法存在提取暂态信息困难、对暂态信号利用不充分、随着接地电阻增大判据阈值模糊等问题。针对提取暂态信息困难,利用了麻雀搜索算法对变分模态分解(VMD)关键参数进行优化,优化后的VMD能够准确分解线路零序电流;针对能量法中因有功分量较小,对暂态信号利用不充分,准确性不高的问题,根据低频衰减分量相似度和高频零序电荷与电压的关系,构成双重判据;针对判据阈值模糊问题,利用化后的支持向量机(SVM)分类器对判据特征量进行分类,实现选线。通过模拟不同接地电阻、不同故障合闸角3种情况下的单相接地故障仿真和现场数据验证验证了该方法可行性,通过和其他选线方法的对比,该选线方案准确率高达99.45%,优于其他方法,且选线准确度受噪声、故障合闸角等因素影响十分微弱。

电源频率对介质阻挡放电的影响

电源频率不同时 ,气隙中空间电荷分布情况不同 ,大气压下的介质阻挡放电形式也不同。放电电流波形表明了放电形式的差异 ,在一定的高频段会出现均匀的辉光放电 ,其相应的临界频率还与气体种类等因素有关。

介质阻挡放电杀灭枯草杆菌芽孢的电镜观察

利用介质阻挡放电处理枯草杆菌芽孢,扫描电子显微镜观察发现,枯草杆菌芽孢出现外层结构破损以及体积缩小,分析认为,介质阻挡放电低温等离子体对枯草杆菌芽孢的作用机理是由空气等离子体中高速粒子的击穿作用和组成等离子体的高能活性基团导致芽孢生命物质的变性凝固而引发的。实验表明,介质阻挡放电可杀灭枯草杆菌芽孢。

介质阻挡电晕放电特性的测量与仿真

通过实验和分析Lissajous图形,研究了线管结构的介质阻挡电晕放电,给出了放电功率及等效电容值,采用PSPICE软件对放电等效电路仿真,分析并比较了实测电流和仿真波形。研究表明,随外施电压上升,放电分别出现电晕放电以及稳定阻挡放电,放电功率密度可达数百mW/cm3。

介质阻挡放电与介质阻挡电晕放电用于空气脱硫的比较

采用同轴管状反应器产生介质阻挡放电,采用同轴线管反应器产生局部电晕放电及介质阻挡电晕放电,研究介质阻挡放电与介质阻挡电晕放电在放电特性与脱硫能耗上的差异.根据V qLissajous图形计算了放电功率、气隙电压及电场强度分布.研究结果表明,相同外施电压下同轴管状反应器比同轴线管反应器具有更高的放电电流,同轴线管反应器中脱除SO2的能量利用率可达31g/kW·h,而在同轴管状反应器中能量利用率可达39g/kW·h.根据气隙放电时电场强度的分布解释了脱硫能量利用率的变化.

配电网电容电流的测量方法分析

对采用相对地附加电容测量配电网电容电流的方法进行了误差分析,并提出减小误差可采取的措施。介绍了从二次侧测量配电网电容电流的方法,根据情况可分别从消弧线圈的零序PT或电网的PT开口三角端注入变频恒流信号,从而计算出电容电流。

大气压下辉光放电的产生

阐述了产生大气压下辉光放电的几种方法。在直流电场中,通过改变阴极的结构,抑制了辉光放电向弧光放电的过渡,从而实现大气压下辉光放电;在交流电场中,利用介质阻挡层和高频激励源,可获得稳定均匀的大气压下辉光放电。

介质阻挡电晕放电去除二氧化硫的研究

工频高压下线管结构反应器可能出现局部电晕放电及气隙中稳定阻挡放电。根据V-qLissajous图形计算了放电功率。随外施电压上升,放电由电晕放电进入稳定阻挡放电,放电电流幅值达数mA,放电功率密度为数百mW·cm-3,去除SO2的能量效率可达30g/(kW·h)。实验表明,稳定阻挡放电时,较高的电压及较大的放电空间可提高能量利用率。

微腔结构介质阻挡放电的电气特性

为了研究微腔结构介质阻挡放电的电气特性及微腔表面电荷积累对电气参数的影响,使用了在介质板表面制作网格微结构电极的放电装置,在分析放电发生前电势及场强分布的基础上,建立了其放电时刻的等效电路,并借助由实验得到的Lissajous图形推导出其等效电容、放电通道传输的电荷量、气隙电压及平均放电功率的计算公式.实验及分析结果表明：随外加高频电压升高,介质板两侧电极间的等效电容Cd基本维持不变,微腔表面与接地电极间的等效电容Cq受微腔表面积累电荷的影响有3～4倍的变化;Cq和Cd的并联模型符合实际放电的特点;放电产生的等离子体向微腔表面的中心发展,微腔表面的功率密度可达0.028 W/mm2.

线筒结构电极介质阻挡放电的数值仿真

为了研究同轴线筒电极在大气压下空气中的电气参数和放电机理,利用有限元软件Comsol的等离子体模块,建立了大气压空气中一维线筒电极放电的等离子体模型,并对放电过程进行求解,得到放电过程中气隙的电场强度及电子密度随时间变化的图形,放电过程中电子密度高达1014m-3,此时对应的放电电流为毫安级。在大气压空气中对线筒电极也进行了放电实验,在不同的外加电压下,测出线筒电极的放电电流分别约为1 m A和5 m A,仿真结果与实验数据相吻合。

同轴线管介质阻挡放电的数值模拟

为了研究同轴线管介质阻挡放电的特性,以一维流体力学模型为基础,利用三对角矩阵追赶法的Fortran编程,分别对一维电子、离子连续性方程、动量方程和电流连续性方程进行数值求解;不但得出放电电流和气体电压随时间的演化规律,还得到了电子、离子、亚稳态原子密度以及电场在放电空间的时空分布;并分析讨论所加电压频率、幅值以及介质材料等参数对同轴线管介质阻挡放电的影响.

微腔结构DBD放电功率的研究

鉴于以往微放电结构存在效率较低和放电均匀程度差的问题,提出一种基于介质阻挡放电(DBD)的新型微等离子体放电结构,该放电结构采用微腔网格形状电极。通过建立放电前后的等效模型,推导出放电功率公式,进行放电功率的影响因素分析实验,研究其电气特性及匹配电源问题。实验结果和理论分析基本吻合。随着电源电压和频率的增加,放电功率非线性增加。同时,放电效率较网-板、板-板结构DBD增加明显,传输电荷较网-板、板-板分别提高了11%和20%左右。

介质阻挡放电特性与臭氧合成的实验研究

采用线管结构反应器与管管结构反应器进行介质阻挡放电(DBD)产生臭氧。通过测量放电电气参数和观察辐射发光现象来研究两种反应器的介质阻挡放电特性。结合对比不同电场强度下的臭氧浓度和臭氧的生成效率,讨论两种反应器在生成臭氧应用方面的性能,实验发现线管结构介质阻挡放电特性不同于管管结构,同时臭氧浓度和臭氧生成效率取决于外加在两种反应器上的折合电场强度峰值。

中外合作办学模式下电气类教学的问题及探索

河南理工大学与北卡罗来纳农工州立大学(NCATSU)合作开展电气工程及其自动化专业本科教育项目,通过两年的教学实践,我们在培养方案、引进课程以及学生学习主动性方面发现了一些问题。针对上述问题,我们结合各方意见和实际,计划适当调整培养方案,改革引进课程、专业基础课程等的教学模式,精简课堂教学内容,给学生设置课外学习的空间。在本科学习的四年中,前两年加强学生的基础课和英语,完成我校和美方互认学分的课程学习,为准备出国交换的学生顺利赴美学习奠定基础;后两年增加专业选修课程和实习环节,扩大学生的自主学习兴趣,使在国内继续学习的学生也符合国内电气专业的培养要求。