电机损耗研究综述及展望

电机在运行过程中产生大量的热量会导致电机温升过高,从而影响电机正常运行。导致温升的重要原因是来自于电机内部的损耗问题,电机中的损耗主要包括铜损、铁损、机械损耗和杂散损耗四种类型。首先,根据四种损耗类型,从损耗产生原因、损耗计算、损耗影响、降耗方法等方面进行分析,并对四种损耗的计算方法进行研究,其中重点介绍电机铁耗计算分析方法。其次,基于损耗影响因素对电机结构进行优化设计,以通过实例验证降耗方法的可行性。对电机损耗的准确分析,有利于分析电机温升问题,这对设计低损耗、高效率电机有着重要的意义。

外语损耗研究的动向及建议

最近20年,国内外学术界逐渐给予外语损耗研究较多关注。本文系统梳理了14项国际较有影响力的研究,结果发现,在词汇和形态层面,形态最先被损耗,词汇最易受损耗,而语音、句法、语义、语用方面的研究较少;损耗速度整体呈现“前快—中稳—后快”的趋势,但对是否存在起始平台还存在争议;就影响损耗的语外因素而言,语言停用并非导致外语损耗的唯一因素,起始水平对外语损耗具有重要预测作用,不过还需要对语外因素的交互关系进一步研究。本文就如何确定外语损耗研究的基准线、选择合适的研究方法、设计研究的整体框架等方面阐释了对国内研究的建议。

二语词汇及语言技能损耗研究

本研究探讨中国非英语专业大学生二语词汇及语言技能损耗的表现特征与影响因素,发现如下:(1)研究支持二语词汇损耗中存在“起始平台”的观点,且时间的节点大概为外语减少或停止使用的6到12个月。(2)语言技能判定方法下被试对其损耗程度过度认知,且在产出性技能方面尤为明显,词汇判断的结果更加接近于被试的真实损耗状态。(3)影响词汇和语言技能保持因素中学习者动机最为显著,二语使用次之,二语接触对其影响较弱。

纯电动汽车用异步电机损耗最小控制策略研究

为提升电动汽车续航里程,研究加入铁损电阻参数辨识的节能降耗控制策略。基于异步电机工作机理,分析异步电机不同性质下的损耗,对损耗电阻进行在线辨识,建立考虑铁损的电路模型,推导出基于在线辨识和计及铁损的异步电机损耗最小控制电流,实现了节能控制,并搭建系统仿真模型和测试实验平台,开展车用异步电机多工况下的仿真实验和性能测试实验。实验结果表明,所研究的策略能较好地辨识铁损电阻,能有效提升异步电机的效率,提高一次充电续航能力,该策略在工程应用上具有一定的实用价值。

一种配电变压器在线损耗测量技术研究

空载损耗和短路损耗是变压器的重要性能参数,通过测量变压器的空载损耗和短路损耗可及时预测故障的发生,确保其安全稳定运行。在“双碳”目标下,变压器具有很大的节能潜力,及时发现高损耗的变压器并进行全面整治,对于节约能源、缓解电力短缺、保护环境具有重要意义。研究了运行状态下的变压器损耗在线测量方法,以实时高效测量损耗,及时预测变压器的潜在故障,检测其运行效率是否满足国标要求。

高空电磁脉冲晚期成分作用下500 kV变压器无功损耗仿真研究

高空电磁脉冲晚期成分(HEMP E3)效应会在变压器中性点与大地构成的回路中产生地磁感应电流(GIC),严重时会使变压器铁心半波饱和,进而导致励磁电流严重畸变、无功损耗急剧增加、局部过热和振动加剧等后果。为准确地分析电力变压器在HEMPE3作用下的无功损耗特性,该文搭建了HEMP E3对500 kV电力变压器作用的电磁暂态仿真模型,基于IEC 61000-2-9给出的标准HEMP E3波形,定量分析了感应电场幅值、上升时间、下降时间以及变压器带负载情况等对电力变压器的影响规律。分析结果表明,HEMP E3作用下500 kV变压器无功损耗与GIC呈正相关性,且无功损耗波形滞后于感应电场的变化;HEMP E3感应电场的下降时间对500 kV变压器无功损耗的影响远超上升时间;负载阻抗的阻值相同时,容性负载下的励磁电流和无功损耗幅值最大,感性负载下幅值最小。研究结果可为进一步评估HEMPE3对电力系统稳定性的影响提供重要依据。

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。

考虑PWM波形特征的纳米晶磁心损耗模型的研究及验证

磁心损耗精确预测对于电力电子变压器的优化设计至关重要。然而,传统的磁心损耗模型在复杂激励下适用性较差,尤其对于占空比可调、高次谐波含量丰富的PWM波磁心损耗预测,计算精度显著下降。基于Jordan损耗分离模型,建立了一种考虑PWM波形特征的磁心损耗计算方法。首先,该方法根据激励波形特征,推导出相应的波形系数及等效频率来计算PWM波激励下的动态涡流损耗,将Jordan模型的适用范围从正弦拓展到PWM波激励下的磁心损耗计算;然后,分析了不同占空比激励下激励波形有效频率及高次谐波含量变化对损耗系数的影响,并对其进行数学表征,实现了整个占空比范围内磁心损耗的精确预测;最后,搭建了高频非正弦激励下软磁材料磁特性测量平台,针对1K107B纳米晶材料,测量了两种典型PWM波激励下的损耗数据。实验结果表明,所建立的磁心损耗模型具有较高的计算精度,相比于传统的Steinmetz改进公式,整体精度提高了25%。

气藏型地下储气库天然气损耗量研究进展与建议

天然气损耗量是直接影响地下储气库(以下简称储气库)安全生产和效益运营的关键参数,随着储气库的注采运行,天然气损耗准确评价显得越来越重要。国内对天然气损耗量的评价技术目前仍处于初级阶段,现有评价体系适用性较为受限。为此,在调研国内外关于地下储气库天然气损耗产生原因、天然气损耗量评价方法、天然气损耗监控措施等方面研究的基础上,梳理了储气库天然气损耗量评价和控制方法,并对预防我国储气库天然气损耗方面提出了管理建议。研究结果表明:①天然气损耗产生的原因主要包括储气地质体因素、井筒因素和地面设施因素,其中井筒因素和地面设施因素造成的损耗量低、易监控和计量,储气地质体因素造成的损耗隐蔽、难以直接计量。②定容气藏型储气库损耗计算方法主要有库存核实法和状态方程法,强水驱气藏型储气库主要采用产能变化分析法来估算损耗量。③成熟天然气市场国家的储气库建有完备的监检测系统,在运行过程中会持续跟踪与优化生产情况,定期开展天然气损耗量评价,并利用四维地质力学方法进行仿真模拟与在线预警。结论认为,我国储气库应完善储气地质体-井筒-地面“三位一体”的监检测系统,重视全生命周期动态监测与损耗评价,保障储气库安全高效运行。

基于灰色关联分析的复合电能质量环境变压器损耗测试及分析方法

随着分布式电源以及大量非线性负荷接入电网,电能质量扰动问题愈发突出,严重影响配电网关键设备损耗。目前,难以对多电能质量扰动工况下的变压器损耗进行准确测量,各电能质量指标对变压器损耗的影响程度难以量化。为此,根据电压偏差、三相不平衡和谐波三种典型电能质量扰动机理,设计出一种模拟变压器实际运行条件,可产生多电能质量扰动工况的实验平台。此外,采用灰色关联分析方法对实验数据进行处理,得到各电能质量指标与变压器损耗之间的关联程度。结果表明,三项电能质量指标均会影响变压器损耗,进而影响变压器的能效。三相不平衡扰动与其他扰动之间的耦合对配电网变压器的附加损耗影响最为显著,而电压偏差扰动与其他扰动之间的耦合对附加损耗的影响较小。该结论可为配电网能效分析与电能质量治理提供参考。

手机成瘾的大学生自我损耗对抑制控制的影响

目的:考察情绪损耗和认知损耗情况下大学生的手机成瘾对抑制控制的影响。方法:招募大学生553人,使用手机成瘾倾向量表(MPATS)筛选出手机成瘾组和非成瘾组各108、194人,选取其中99人参与实验1,考察情绪损耗对手机成瘾大学生抑制控制的影响。另选取其中101人参与实验2,考察认知损耗对手机成瘾大学生抑制控制的影响。使用GO/NOGO范式比较不同情绪损耗和认知损耗情况下不同手机成瘾大学生的正确率和反应时。结果:实验1中,情绪损耗的主效应有统计学意义[F(1,55)=6.16、178.91,P<0.05或P<0.001],高情绪损耗组抑制控制正确率、反应时均低于低情绪损耗组。实验2中,组别的主效应有统计学意义[F(1,57)=17.90、19.06,均P<0.001],手机成瘾组的抑制控制正确率低于非成瘾组,而抑制控制反应时高于非成瘾组;组别与认知损耗类型的交互作用有统计学意义[F(1,57)=7.95,P<0.01],高认知损耗情况下手机成瘾组的抑制控制正确率更低。结论:大学生的情绪损耗和认知损耗可能会降低其抑制控制能力,且手机成瘾的大学生更容易受到认知损耗的影响。

高压大容量混合型MMC半桥子模块下部IGBT损耗优化方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)存在器件损耗分布不均的问题,尤其是在逆变工况下,半桥子模块下部绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)损耗远高于其他器件,导致其热应力与故障率均较高,是制约高压大容量换流器可靠运行的关键因素之一。为此,文中提出一种混合型MMC器件损耗分布优化方法。首先,计算混合型MMC中各器件的损耗,分析器件损耗的分布特性。其次,分析电容电压对器件损耗的影响规律,明确降低半桥子模块电容电压可减少其下部IGBT的损耗。然后,在不影响换流器外输出特性的前提下,提出计及三次谐波电压注入及桥臂输出电压指令值差异化分配的控制策略,通过最大程度降低半桥子模块电容电压,减少其下部IGBT损耗。最后,开展MATLAB/Simulink和PLECS的联合仿真以及MMC样机实验,仿真及实验结果验证了所提方法可以改善混合型MMC损耗分布不均的问题,有利于提高换流器的整体可靠性。

大学生错失焦虑、自我损耗与手机成瘾的关系:基于变量中心和个体中心的分析

目的:探讨大学生错失焦虑、自我损耗与手机成瘾的关系。方法:采用错失焦虑量表、自我损耗量表和手机成瘾量表,对1586名大学生进行团体施测,采用变量中心和个体中心的方法进行分析。结果:1相关性分析结果显示,错失焦虑与手机成瘾、自我损耗显著正相关(r=0.59,0.44;P<0.01);自我损耗与手机成瘾显著正相关(r=0.62,P<0.01);2中介效应检验表明,错失焦虑不仅直接预测大学生手机成瘾(β=0.59,P<0.01),还通过自我损耗的中介作用间接预测手机成瘾(β=0.39,P<0.01),中介效应占比33.90%;3对错失焦虑—自我损耗得分进行潜在剖面分析,可分为3种类别:低焦虑低损耗型(35.56%)、中等焦虑中等损耗型(51.14%)、高焦虑高损耗型(13.30%);3种潜在类别在手机成瘾上的得分具有显著差异(F=461.20,P<0.001)。结论:自我损耗在大学生错失焦虑与手机成瘾之间起部分中介作用;错失焦虑—自我损耗存在显著的群体异质性,具有明显的分类特征且与手机成瘾关系密切。

基于等效复数磁导率的利兹线绕组损耗计算模型

绕组损耗是高频变压器总体损耗的重要组成部分,是影响磁性元件体积、效率和温升的关键性参数。由于利兹线的高频损耗小而广泛应用于高频变压器绕组,但其复杂的三维扭转结构导致准确、快速地计算绕组损耗十分困难。解析方法需要进行简化和近似处理,难以准确地表征绕组的高频涡流特性,有限元数值方法需要对每匝绕组精细化建模,导致计算资源耗费严重。采用具有等效复值材料特性的区域替代绕组区域的均匀化技术,能够实现二维磁场对涡流效应的表征,降低了精细化建模的计算成本。但等效区域的材料特性需要利用数值方法获得,增加了计算的复杂性。因此该文通过分析利兹线损耗机理,考虑利兹线截面形状对等效区域材料特性的影响,实现了圆形利兹线绕组等效复数磁导率的明确解析描述。建立了圆形利兹线绕组损耗计算模型,验证了等效复数磁导率计算邻近效应的准确性,实现了较宽频率范围内绕组损耗的准确预测。

极低频电流场透地通信路径损耗建模与分析

针对水平方向地电极电流场无线强穿透信息传输需求,研究了基于极低频水平双电极电流场信道传输特性。考虑到电极半径、电极入土深度、电极间距、发射信号频率和信号传输距离等参数对透地(Through-The-Earth,TTE)通信传输性能的影响,建立了地电极电流场TTE通信路径损耗模型,分析了各参数对路径损耗的影响,确定了信号传输最佳工作参数。根据选定参数搭建了极低频电流场TTE通信系统,在200 m和400 m通信距离下测试了3~10 Hz信号的路径损耗,通过试验数据与仿真结果对比分析验证了模型的准确性。

深度调峰对汽轮机转子寿命损耗的影响及运行优化研究

电力市场对汽轮机组深度调峰和灵活性运行的要求不断提高。本文对某660 MW汽轮机高压转子在深度调峰工况下的瞬态温度场、应力和寿命损耗进行了计算,对比分析了改变负荷变化率、温度变化率、最低调峰负荷、主蒸汽温度降低幅度等措施对转子峰值应力的影响。基于上述分析结果,在保证转子安全性的前提下,提出了适应深度调峰和灵活性机组的优化运行方案。

基于MMC平均值仿真模型的损耗快速评估方法

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)损耗计算精度和速度难以兼顾的问题,提出一种MMC损耗快速在线评估方法。首先,基于确定的调制和电容电压平衡策略,构建开关频率曲面以反映任意稳态工况下的开关频率;其次,利用平均值模型计算开关频率上限和开关损耗功率上限;再次,结合计算结果和开关频率曲面,近似快速计算实际开关损耗,兼顾计算精度和计算效率;然后,考虑到损耗对仿真结果的影响,利用串联在桥臂上的受控电压源吸收的能量表征损耗,同时提出一种基于衰减函数的开关损耗注入方法,避免产生注入电压尖峰并改善注入效果。最后,在PSCAD中搭建计及损耗注入的MMC平均值仿真模型,验证所提方法的计算效率和准确性。

利用非线性损耗提升全固态单频激光器输出功率研究进展(特邀)

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。

核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗研究

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因以及涡流的频率特性。结合涡流损耗计算方法,以一台核电半速汽轮发电机为例进行了仿真验证。在此基础上,对核电半速汽轮发电机励磁绕组不同位置发生相同程度匝间短路,以及励磁绕组发生不同程度匝间短路过程进行了仿真,计算了转子各阻尼条及槽楔中的涡流及涡流损耗,揭示了励磁绕组匝间短路时影响转子阻尼条及槽楔中涡流和涡流损耗的因素。为核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障时,分析转子发热的影响因素提供了理论基础。

照明系统中配光元件反射-吸收损耗的计算

在照明光学设计中,光通量利用率是配光元件的一个重要评价指标。基于菲涅尔公式,建立了配光元件反射-吸收损耗的理论模型,并探讨了其适用范围。利用该模型分别计算了自由曲面平凸透镜和全内反射透镜的反射-吸收损耗,并与软件仿真和实验实测的光通量损耗数值进行了对比。研究发现,该理论模型的计算数值与光学软件的仿真结果高度相符,点光源60°平凸准直配光透镜和全内反射透镜的透射率绝对误差分别为0.7%和0.14%,考虑装配误差影响之后,此数值与实验测量结果也基本匹配。利用本研究所建的反射-吸收损耗模型,在照明光学设计中,无需进行软件仿真和实验测试,即能快速而精确地预测出各类配光元件在各个光学表面上的反射损耗和材料吸收损耗,为配光元件的性能评价、结构选择和优化定型提供参考依据。