基于改进Bootstrap-Bayes的电子式剩余电流动作断路器可靠性评估

作为一种高可靠性、长寿命产品,电子式剩余电流动作断路器可获得的试验数据很少。为了对其可靠性进行评估,提出一种基于改进Bootstrap-Bayes的可靠性评估方法。首先,进行温度为加速应力的剩余电流动作断路器的加速退化试验,利用退化数据外推得到伪失效寿命,经检验,电子式剩余电流动作断路器伪失效寿命服从双参数威布尔分布;然后,采用灰色GM(1, 1)模型对试验数据进行扩充作为先验信息,通过马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)算法中的Gibbs抽样结合Bayes公式得到参数估计值;最后,利用Arrhenius加速模型实现正常使用环境下剩余电流动作断路器的可靠性评估。

计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估

电-氢混合储能为提高孤岛直流微电网可靠性提供了有效途径,然而不同电-氢混合储能策略也会影响系统的可靠性水平,文中针对不同电-氢混合储能运行顺序,对比分析了3种储能策略对孤岛直流微电网可靠性的影响。首先,建立氢气储能模型、蓄电池储能模型和微电网可靠性评估指标体系;然后,计及系统元件故障,基于序贯蒙特卡洛法,提出计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估方法;最后,采用改进的RBTS BUS6 F4馈线系统对孤岛直流微电网进行可靠性评估,对比分析储能策略和电-氢混合储能容量对系统可靠性的影响。结果表明:氢储能可以有效提高系统可靠性,不同的电-氢储能策略和容量对系统可靠性具有不同的影响。

RV减速器高应力加速退化试验及可靠性分析

针对工业机器人上使用的RV减速器寿命长且性能退化缓慢的特点,提出一种基于RV减速器高应力加速退化试验与传动精度退化模型建模的方法,对RV减速器可靠性进行评估。对RV减速器薄弱环节的强度进行校核,确定加速试验最大加载值;在该加载值下对3台RV减速器开展加速退化试验,获得加速条件下RV减速器传动精度退化量;根据RV减速器传动精度退化特性,使用样本数据分离的极大似然估计法,对每台减速器的传动精度展开退化轨迹建模;将Wiener退化模型中的初始性能退化量和漂移系数设为定值,获得扩散系数的变异系数,假设扩散系数服从正态分布,求得RV减速器可靠性。结果表明:高应力加速退化试验可为RV减速器可靠性分析提供切实可信的试验数据,节约试验时间及成本。基于加速退化试验和传动精度退化模型建模的求解RV减速器可靠性的方法,在体现个体差异的同时,实现了小样本条件下RV减速器的可靠性分析,并且能够准确计算出RV减速器的失效概率,对于提升工业机器人的工作性能具有重要意义。

基于动态J-A模型的直流偏磁条件下电工钢磁特性模拟及实验验证

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分别辨识与计算未引入直流偏磁量的静态模型参数和动态损耗系数,并通过仿真结果与实测数据对比,验证了模型的准确性。搭建电工钢磁性能测试系统,获得不同直流偏磁条件下电工钢的损耗及磁性能数据,并用于分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗的影响规律。基于分析得到的规律,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者拟合较好,验证了该方法的正确性和有效性。

基于Energetic模型的直流偏磁条件下电工钢片磁特性模拟及实验验证

直流偏磁条件下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁磁材料磁滞和损耗特性的影响,该文首先在静态Energetic磁滞模型的基础上,考虑涡流损耗和异常损耗对磁滞回线的影响,建立动态Energetic模型,并利用优化算法和损耗分离理论分别提取无偏磁条件的静态Energetic磁滞模型参数和动态损耗系数。通过对比磁滞回线仿真结果与实测数据,验证了所建模型的准确性;其次,搭建磁性能测试系统,实验获取了不同偏磁工况下电工钢片的磁滞特性和损耗特性数据,并分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗(涡流损耗与异常损耗之和)的影响规律;最后,基于上述分析结果,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者吻合较好,验证了该文方法的正确性。

基于马尔可夫过程的漏电保护器服役状态及其可靠性分析

漏电保护器在实际服役过程中可能会发生故障,但诱发其故障暴露的激励条件不具备时,其故障并不能显现出来。针对这一问题,提出一种计及隐藏故障的漏电保护器运行状态划分方法,建立基于马尔可夫过程的运行状态转移模型,实现漏电保护器的实际服役状态准确描述;设计基于蒙特卡洛法的漏电保护器可靠性仿真模型,以漏电故障频次、漏电流大小、保护器可靠性水平和运行时间为主要变量,对无检查和有检查下漏电保护器的状态概率进行仿真分析,确定了保证供电系统可靠性和安全性条件下的最低定期检查频次。该方法适用于不同可靠性水平的漏电保护器的分析与评估,对其定期检查策略的制定具有指导意义。

智能车辆局部避障轨迹规划研究

根据自主车辆的避障动态过程,定义碰撞风险区域及转向失调风险区域,并结合人工势场理论,对自主车辆所受引斥力进行优化设计。最终将引斥合力函数引入轨迹规划层目标函数作为避障惩罚项,建立基于障碍车辆引斥合力的NMPC轨迹规划控制器。CarSim/Simulink联合仿真表明:改进后的避障轨迹规划策略在保证车辆质心侧偏角、侧向加速度、轮胎侧偏角远离约束边界的同时,优化了整车行驶安全性及驾驶舒适性。验证了基于障碍车辆引斥合力的NMPC轨迹规划策略的有效性。

基于竞争失效的低压开关电器可靠性建模方法研究

低压开关电器在其运行过程中同时存在退化失效模式和偶然失效模式,两者实质上是竞争失效的关系。根据低压开关电器失效模式和失效规律的特点,提出基于竞争失效的低压开关电器可靠性建模方法,解决低压开关电器难以实现全面可靠性评估的问题。将累积电弧侵蚀量作为退化特征量,采用带漂移的一元线性维纳(Wiener)过程描述电性能退化过程,采用指数分布描述偶然失效。首先仿真产生偶然失效寿命,并基于Wiener过程仿真产品累积电弧侵蚀量,得到产品的竞争失效寿命,然后建立基于竞争失效的低压开关电器可靠性模型,采用极大似然估计方法进行模型参数估计,最后在不同失效情况下进行基于退化失效、基于偶然失效和基于竞争失效建模方法的可靠性评估,实现不同失效情况下的低压开关电器可靠性评估。通过模拟试验从理论上验证了基于竞争失效的低压开关电器可靠性建模方法能够全面、客观和准确地评估产品可靠性,并且在不同的失效情况下可以根据实际需求选择不同的可靠性建模方法,对低压开关电器可靠性分析具有指导意义。

基于智能优化算法的高频变压器电磁结构优化设计

高频变压器(HFT)作为电力电子变换器等功率变换装备的核心部件,其优化设计是实现高功率密度、高效率和高可靠性的重要环节。为有效解决高频条件下显著的涡流效应和复杂紧凑的结构使变压器损耗难以准确计算、针对绝缘设计裕量不足的问题,本文提出计及高频效应和结构效应的电磁场建模方法,构建了高频变压器多目标协同优化设计方案。首先建立了低成本与高效率兼备的磁心损耗计算模型。其次,根据面积等效原理推导了考虑绕组结构效应的近似Dowell模型,实现绕组损耗的高精度计算。然后提出了考虑绕组端部效应和频率影响的漏感计算模型,减小漏感对于结构和频率的依赖性。在此基础上,采用一种新型多重绝缘结构,提高绕组间的绝缘耐压水平。最后,基于改进的非支配排序遗传算法(INSGA-Ⅱ)和自由参数扫描法建立了高频变压器的优化设计流程,根据筛选的最优设计方案研制了一台高频变压器样机。

小型断路器可靠性试验方案的分析

在小型断路器可靠性试验方案国家标准中,对同一失效率(或成功率)等级下抽样方案有多种。抽样方案的选取直接决定了产品的接受概率,从而影响到其经济效益。通过不同方案下的OC曲线对比、辨别力的计算以及生产者风险的比较,对方案做出了评价,并进行了误差分析。根据不同的要求,为选择最合理的抽样方案提供了理论依据。

不同磁致伸缩材料的高频磁能损耗分析与实验研究

该文引入小磁滞回线下磁能损耗数学模型,使用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量了Fe-Co-V、Terfenol-D与Fe-Ga合金样品的高频磁滞回线,利用实验测试结果结合数学模型对比分析了三种材料的磁导率幅值、介质损耗因数、介质储能和电磁损耗变化规律。当励磁磁场频率为50kHz时,随着磁感应强度的增加,Terfenol-D和Fe-Ga合金的介质损耗因数近似线性增加,三种合金样品的电磁损耗均增大。当磁感应强度为0.03T时,随着励磁磁场频率的增加,Fe-Co-V、Fe-Ga合金磁导率幅值都先增大后减小,Terfenol-D合金的介质储能增加最快并且其电磁损耗随频率增速最快。在1~40kHz内Fe-Ga合金的电磁损耗高于Fe-Co-V合金,在40~60kHz内Fe-Ga合金电磁损耗低于Fe-Co-V合金。该文结果为磁致伸缩材料的电磁损耗分析与高频器件设计提供了依据。

基于改进Preisach模型的电工钢片磁特性模拟

为实现电工钢片磁滞特性的准确模拟,针对经典Preisach磁滞模型无法精确描述材料磁化过程中可逆磁化的问题,基于对可逆磁化过程和可逆磁导率实验数据的分析,通过引入含参数的指数函数表征可逆磁化分量;同时,针对不可逆磁化分布函数难以确定的问题,采用两个1维函数乘积的形式对其进行表征,进而建立Everett函数,实现了不可逆磁化分量的确定,最终建立了一种可以考虑可逆磁化分量的改进Preisach模型。搭建了电工钢磁特性测试平台,对其在不同频率正弦激励条件下的磁滞特性进行了实验研究,并将模型仿真结果和实验结果进行对比分析。研究结果表明,所提出的改进Preisach模型对两种硅钢片磁滞特性模拟误差在10%以内。

电磁加载下金属板闭合裂纹的超声调制实验研究

板状类金属从加工制造到使用过程中不可避免会产生微小缺陷,如闭合裂纹。针对非线性超声检测金属闭合裂纹信号弱且易受外界干扰的问题,在闭合裂纹处进行电磁加载,增强其对超声波的调制作用。建立了电磁加载下含闭合裂纹金属板的超声调制仿真模型,通过改变电磁加载参数,研究其对超声非线性的影响,并对仿真结果进行了实验验证。仿真与实验结果表明,电磁加载下含闭合裂纹的金属板超声调制可以实现对闭合裂纹的检测;应综合考虑激励主频、二次谐波与超声调制分量相互之间的重叠问题,合理选择电磁加载频率和激励电流。

用于测厚和裂纹检测的正交横波电磁超声换能器仿真分析及实验研究

垂直入射的横波在测厚时具有较高的灵敏度,但检测裂纹常需采用斜入射方式,单个换能器无法同时进行这两种检测。该文设计了一种正交横波电磁超声换能器(EMAT),通过两个蝶形线圈在铝板中激发正交偏振的横波,提出在脉冲回波模式下利用两个线圈接收信号的声时信息和幅值差,同时进行测厚、检测裂纹并确定裂纹方向的方法。建立正交偏振EMAT三维有限元模型,对横波声场与裂纹缺陷的相互作用进行仿真,研究线圈间距、裂纹尺寸对正交声场和信号幅值差的影响。仿真和实验结果表明:正交横波EMAT通过一次检测可以同时实现测厚、裂纹检出及裂纹方向定位,为腐蚀减薄和裂纹等缺陷的在线检测提供了新方法。

基于电磁超声爬波法对空腔结构部位裂纹缺陷的检测

空腔结构部位的缺陷在缺陷检测中往往被漏检,是无损检测中的难点。爬波是一种在材料的曲面上传播的压缩波,对腔体表面和近表面缺陷非常敏感,为空腔结构部位的缺陷检测提供了可能。因此求解了爬波的频散方程,分析了爬波的频散特性和衰减特性;基于有限元方法(FEM)研究了电磁超声爬波和空腔的相互作用,分析了爬波对构件内部空腔缺陷的检测能力;对空腔结构中典型的三种内部缺陷进行了研究。最后采用电磁超声爬波检测系统对内部空腔上的裂纹进行了检测实验。仿真和实验结果表明:爬波不仅能够对空腔中难以检测的缺陷进行识别,还可以对缺陷进行定位,为高压电气设备的螺栓孔等空腔部位缺陷检测提供了新方法。

金属掺杂AgSnO_(2)触头材料的仿真与实验

一直以来掺杂改善AgSnO_(2)触头材料的电性能大多采用“试错”的方法进行实验研究,因此寻求有效的理论支撑具有非常重要的研究意义和应用价值。该文基于密度泛函理论的第一性原理,构建三种金属元素(Sr、Ga、Co)掺杂SnO_(2)的晶胞模型,仿真研究掺杂后SnO_(2)的稳定性与相对电导率,得到最佳的掺杂元素Co。通过实验进行验证,首先采用溶胶凝胶法制备掺杂的SnO_(2)粉末,X射线衍射(XRD)验证了溶胶凝胶法能够实现仿真计算建立的置换掺杂模型,再利用粉末冶金法制备掺杂的AgSnO_(2)电触头材料,经电性能测试验证了仿真结果的正确性。为筛选掺杂元素改善AgSnO_(2)触头材料性能提供了理论依据。

基于多层GMR材料的电流传感器设计与实验研究

将磁芯和两个磁屏蔽层引入GMR电流传感器,以提高其灵敏度和精度;并在磁芯中加入偏置绕组以提供偏置磁场。建立了传感器的数学模型,用于分析闭环电流传感器的影响因素。基于分析和仿真结果,设计了样机。测试并对比分析了磁滞对传感器的影响、测量范围、频率响应以及电流传感器的相对误差。所设计的电流传感器具有灵敏度高,精度高,相对误差小(0.8%)的优点。在被测电流值为20 A情况下,被测电流的频率范围高达300 kHz。

基于三维励磁结构的电工磁材料动态磁特性测试与分析

提出一种三轴正交的三维励磁结构,并对磁极进行聚磁优化计算,对放置在装置几何中心的电工磁材料试样进行三轴向正交对称励磁,设定多种形式的励磁模式对实心或叠片立方体试样材料进行动态磁特性测量。通过分析试样在不同励磁方向或不同旋转励磁平面上体现的磁特性差异来定量研究材料的各向异性以及测量实验中影响各向异性磁特性的因素。为电磁装置中铁心优化设计、损耗计算与模拟提供重要的材料磁特性实验数据。

基于Preisach磁滞模型的电工钢片磁特性模拟

电工钢片广泛应用于变压器等电气设备的制造中,其磁滞特性对电气装备的运行性能具有十分重要的影响,因此,需要精确高效的磁滞模型以描述电工钢片的磁滞特性。为此,基于Preisach理论将Preisach分布函数写成2个1维函数的乘积形式,由分布函数积分获得Everett函数及动态磁化率,并将积分以封闭形式进行表征,将推导出的闭式表达式应用于Preisach模型中可以模拟不同频率下电工钢片的磁化过程。并且以电工钢片为实验样本进行了仿真和实验,二者对比结果表明该模型运算速度快,仿真准确,具有较高的精度,能准确模拟电工钢片在磁化过程中的磁滞特性。

太阳电池动态模型仿真分析及实验研究

建立不同工况下的考虑正向、反向以及动态特性的电路模型,分析模型参数的变化对电池输出特性的影响以及不同工况下光伏组件交流小信号阻抗变化规律。基于Simulink平台,建立太阳电池电路仿真模型,并采用实验测试平台,验证所建立的模型正确有效。结合仿真模型和实验平台测试光伏组件输出特性、有光照和无光照下小信号阻抗特性,结果表明光伏组件输出特性及阻抗特性受偏置电压、光照、反向电容参数影响较大。