基于界面相互作用的黏附接触数学模型研究进展

黏附接触现象在各个领域都有着很重要的作用和影响。若要分析物体间的黏附接触行为,则建立相应的数学模型是有效的方法之一。现有文献中的数学模型种类繁多,对于不同受力情况下的黏附现象所适用的理论也不尽相同。针对常见的黏附现象,按照其不同的受力形式分为弹性体接触、粗糙表面黏附及基材表面剥离等几大类,分别对以上几类接触行为采用的理论模型及其应用进行了归纳分析整理。综合叙述了基于计算机模拟技术的现代仿真模型的基本原理、应用和发展,重点介绍了适用于一般物体之间黏附行为分析的通用模型,以期为黏附接触领域的研究和建模提供指导和参考。对于弹性体接触的情况,重点介绍了经典力学接触理论的基本公式和适用类型,包括Hertz接触理论、JKR模型和DMT模型等,并依据Tabor数讨论了JKR模型与DMT模型的差异。对于粗糙表面的黏附接触,重点介绍了Greenwood和Williamson(GW模型)所提出的多凸起模型的基本理论和局限性。对于材料的表面剥离情况,重点介绍了剥离力学中应用最广泛的Kendall剥离模型的基本理论。对于现代仿真技术手段,重点介绍了分子动力学模型(MD模型)和有限元模型(FEM)的基本思想和优缺点。之后分别对以上各类模型的拓展完善、应用领域及研究进展进行了归纳总结,最后对黏附接触领域数学模型的发展方向进行了展望。

一种带LC谐振单元的谐波抑制方法

提出了一种带LC谐振单元的谐波抑制方法,将由电感和电容元件构成的串联谐振单元串接在系统进线端,与传统的无源电力滤波器配合使用.LC谐振单元对基波和谐波呈现不同等效电感值,对谐波呈现为大电感,增加系统谐波等效阻抗,迫使谐波流入无源电力滤波器;通过合适的参数设计,使LC谐振单元对基波也呈现为小电感,且该等效电感上消耗的无功功率等于或略大于无源电力滤波器提供的容性无功功率,从而实现在不补偿无功或消纳无功条件下抑制谐波.仿真验证了所提方法的有效性与正确性.

新型GIS局部放电柔性内置阿基米德螺旋天线研究

针对气体绝缘组合电器(GIS)内置式特高频(UHF)传感器空间利用率低、尺寸较大并且可能破坏GIS内部电场分布的问题,文中设计了一种新型柔性内置阿基米德螺旋天线。利用振幅随幅角线性增加的正弦波加载方式对天线本体进行小型化处理,使天线径向尺寸缩小57.8%,并对背馈巴伦进行曲折小型化,使巴伦长度减小56.4%。设计的柔性天线本体直径146 mm,厚度0.27 mm。有限元仿真和实物测试结果显示,柔性天线在弯曲半径为0、250、350 mm时,在720 MHz~3 GHz频段内驻波比VSWR≤5;在1.02~3 GHz频段内VSWR≤2;在工作频段内具有良好的全向辐射特性。搭建局部放电试验平台对天线性能进行分析,结果表明文中设计的柔性天线在弯曲形变前后均可检测到放电量20 pC以下的PD辐射电磁波信号。

串联混合型有源滤波器直流母线电压控制策略

针对串联混合型有源电力滤波器直流母线电压控制问题,提出了一种新的不依赖于串联变压器端口电压检测的控制策略,由逆变器生成大小固定的有功电流,从而使串联变压器承受的基波电压保持稳定。仿真和实验表明,该控制策略可以较好地控制串联混合型有源电力滤波器直流母线电压。

基于基波磁通补偿的高压大容量串联型有源滤波器工程应用

提出了将基于基波磁通补偿(FMFC)原理的串联混合型有源电力滤波器(SHAPF)应用于中高压系统。介绍了有源电力滤波器的滤波原理、串联变压器的设计,以及逆变器的设计和控制。样机实验结果表明:该有源滤波装置的滤波效果良好、可靠性高,同时该SHAPF的谐波压降对负载供电的影响很小;只投入有源滤波器,而没有投入无源滤波器时,仍然有较好的滤波效果。该技术可应用于电压更高、容量更大的电力系统。

磁通补偿串联APF采用多绕组变压器的不必要性

为促进基于基波磁通补偿的有源滤波器的实际应用,对传统的采用多绕组串联变压器实现大容量的方式进行了研究。首先将串联变压器和逆变器作为一个整体,建立串联变压器谐波等效阻抗的精确数学模型。然后根据串联变压器的匝比k和二次绕组数N的相互关系,将多绕组技术分为"分裂法"和"增加法"两种方式,分别分析串联变压器的谐波等效阻抗。结果表明:对于"增加法",当N足够大时,串联变压器在主要谐波频段上相当于导线,滤波效果变差;而对于"分裂法",滤波效果不变,但逆变器容量增加N倍。因此认为串联变压器采用多绕组技术是不必要的。

基于磁控开关的高压无功补偿新方法

目前，在10～35kV电压等级下对光伏发电、风力发电等无功需求变化范围大的负荷尚未有满意的动态无功补偿方案。当前常见的解决方案是高压晶闸管串联投切电容（thyristor switched capacitors，TSC）、晶闸管相控电抗（thyristor controlled reactor，TCR）、磁阀式可调电抗（magnetic-valve controllable reactor，MCR）以及静止同步补偿器（static synchronous compensator，STATCOM）。高压TSC和TCR需要大量晶闸管串联，成本高、可靠性差；MCR在轻载时有功损耗及谐波非常严重；STATCOM在高压场合下需要多组级联，可靠性较差，成本高。该文提出一种新方法，将双向晶闸管并联于变压器副边作投切元件，使变压器在励磁电抗和短路电抗之间转换，相当于无触点的“磁控开关”，从而实现对补偿电容器的投切。理论分析、仿真和实验均证实该方案具有暂态涌流小、响应速度快、损耗低、可靠性高的优点。

不同强度极低频磁场对罗非鱼生长的影响

为研究极低频磁场(ELF-MF)暴露对罗非鱼生长的影响,选用200尾罗非鱼在不同磁感应强度的磁场(磁感应强度分别为0、30、100、200μT,频率为50 Hz)中持续暴露30 d时间,停止暴露后,继续监测15 d时间;并在磁场暴露期间和停止磁场暴露后定期测量罗非鱼的全长、体长、体高和体质量,同时监测其胃蛋白酶活性和肠蛋白酶活性。结果表明:暴露30 d时间时,未暴露组生长优于其他暴露组(概率P<0.01);极低频磁场暴露停止后,暴露组罗非鱼的生长状况得到改善(P<0.05);且不同极低频磁场暴露对罗非鱼的消化蛋白酶活性具有可逆性抑制作用(P<0.01),其中磁感应强度为100μT的磁场的抑制效应最为明显(P<0.01),但暴露停止后抑制效应可得到恢复(P>0.05)。极低频磁场暴露使得罗非鱼消化酶活性的降低,尤其是胃蛋白酶活性的降低,可能是导致罗非鱼生长状况受抑制的原因之一。

考虑硅钢片磁致伸缩特性的干式铁芯电抗器铁芯振动分析及优化

铁芯电抗器振动的主要原因包括铁芯的麦克斯韦力及硅钢片的磁致伸缩效应。为了准确地建立硅钢片磁致伸缩模型,基于Jiles-Atherton磁滞模型,并根据软磁材料的二次畴转模型理论,建立铁磁材料磁致伸缩模型,采用自适应模拟退火(adaptive simulated annealing,ASA)算法提取模型中的多个参数。在确定磁致伸缩模型有效性的基础上,利用多物理场仿真软件构建考虑磁致伸缩模型的干式铁芯电抗器振动计算模型,分析铁芯电抗器铁芯的振动分布特点,结合拉丁超立方抽样实验方法与Kriging模型建立能够准确预测铁芯振动位移的优化模型,在均衡铁芯电抗器电磁及振动特性的情况下使得铁芯上的金属导体用量最小化,获得电抗器铁芯的最佳结构。并对比分析优化前后电抗器模型的特性,优化数据显示,电抗器铁芯部分的金属导体用量相较于优化前降低9.21%,且此时的电感仅改变了0.31%,同时优化后铁芯振动减少18.18%,满足电抗器电磁及振动要求。

基于神经网络模型与多岛遗传算法的空心电抗器隔音装置优化设计

干式空心电抗器长期处于电磁–热–力等多物理场环境中,其噪音和温升问题一直是学者关注的热点问题。根据干式空心电抗器的设计参数,利用COMSOL有限元软件建立了3维电磁–结构–声场和流场–温度场多物理场耦合仿真模型,获得了加和未加隔音装置下电抗器声场和温度场仿真结果。分析了电抗器声压级水平和温升分布特点,采用中心组合试验设计与有限元仿真相结合的方法,获得了在不同结构参数的隔音装置下电抗器声场和温度场仿真结果。在此基础上,构建了神经网络模型,该模型反映了电抗器测点声压级水平及最高温度与隔音装置结构参数间的响应关系,通过灵敏度分析技术获得结构参数对电抗器声压级水平和最高温度的影响程度。最后,基于多岛遗传优化算法,获得了最佳的隔音装置结构参数。优化结果表明:在最佳结构参数下,电抗器声压级水平和最高温度分别下降了13.9 dB和26.3℃,该优化方法对电抗器隔音装置的参数优化具有重要的参考意义。

GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究

针对变电站气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷局部放电(PD)高灵敏监测需求,以及现有刚性基底特高频(UHF)天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题,该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天线传感器,采用正弦波加载的方式以及提高天线本体间隙比的方式实现了天线本体小型化,同时巴伦与天线本体共面,大幅减小了天线整体体积,设计的柔性天线直径为150 mm,较未小型化径向距离缩小了25%。仿真和网分实测结果表明:在610 MHz~3 GHz频带范围内,柔性天线在弯曲半径为0 mm、100 mm、200 mm时的电压驻波比(VSWR)≤3.5;在790 MHz~1.8 GHz频段内VSWR≤2。最后利用搭建GIS典型缺陷局部放电模拟试验平台对设计的柔性天线进行PD检测性能实测。结果表明,设计的柔性天线在不同弯曲程度下均能有效检测到PD信号,具有较高的信噪比。

脉冲滑动弧空气等离子体提升染污硅橡胶憎水性及闪络特性

憎水性丧失导致硅橡胶绝缘子污闪是电力系统稳定运行的潜在隐患,为了快速在线提升染污硅橡胶表面憎水性,使用脉冲高压电源以空气作载气产生滑动弧等离子体(功耗仅12 W),对不同种类自然积污和不同灰密人工染污硅橡胶试样改性实验。结果表明,脉冲滑动弧处理能短时间内大幅提升鸟粪染污试样憎水性。对于人工染污硅橡胶试样,滑动弧扫描60~90 s,便使0.125 mg/cm^(2)和0.25 mg/cm^(2)灰密试样表面接触角由50°左右提升至超过130°,而未处理试样自然迁移数天也难以达到同样效果。发射光谱、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱分析表明,滑动弧能够破坏硅橡胶表面污层的致密结构、制造出大量微孔,加速硅橡胶中小分子硅氧烷迁移至污层表面。污闪试验结果表明,滑动弧处理后人工染污硅橡胶试样污闪电压有了较大提升。

户用光伏组件远程监控Web端设计

为保证户用光伏发电行业的有序健康发展,户用光伏数据监测是一个重要研究点。针对户用光伏监测分广、规模小、成本预算低等特点,提出一种基于云服务器(ECS)的新型光伏组件远程监控Web端。该Web端基于B/S模式,采用PHP+MYSQL架构,以MYSOL作为云端数据库存储,以PHP、SQL、HTML5、CSS作为软件开发语言,通过数字与图形相结合的方式,将光伏组件运行参数、状态信息实时可视化显示,具备远程历史数据查询和下载功能,解除了用户的地区限制,实现分布式光伏组件的远程智能化管理。Web端设计完成后,进行了功能测试,测试结果表明,该系统能够实时监控光伏组件运行情况,为光伏发电的综合评定与故障诊断提供可靠的数据支持具有一定的工程实际意义。

一种基于单片机的时钟可调脉冲电源

研制了一种以STC89C52单片机为主控制器、由IKW20N60T型IGBT为开关的时钟可调脉冲电源。开关和控制器之间采用TLP521光耦器件隔离,更好地保护了单片机的电气安全。控制器拥有与PC计算机串口通信、红外遥控、板载按钮和闹钟定时等四种控制方式,能够适应不同的工作环境。试验结果表明:由单片机产生的脉冲波形经IKW20N60T放大后,波形良好。

几种磁通补偿式混合型有源电力滤波器比较

介绍了3种典型的磁通补偿式有源电力滤波器的工作原理,从滤波效果、电流控制、抗干扰能力、模数转换误差、母线电压控制和故障保护等方面阐述了这3种滤波器各自的优势和不足,指出了各自的适用范围。

基于测量值的无源滤波器设计新方法及其应用

提出了一种基于实际测量值的无源滤波器设计新方法,该方法致力于模拟出工业生产中真实的谐波电流源,以傅里叶变换为工具,通过Matlab编程,得到实际测量电流波形中各次分量的幅值与初始相角,对含有谐波电流的电气系统采用叠加定理分析,进而得到电流型谐波源负载的黑盒模型。应用此黑盒模型设计了一种大容量无源滤波器方案,分析了各次谐波电流的放大倍数及其影响。后期的工程实践证明了该方法的正确性。另外,针对一起无源滤波器严重过流的事故,应用该方法给出了较好的理论解释。最后总结出几条关于设计无源滤波器的建议。

一种新型的谐波抑制及无功补偿方法

分析某钢铁厂用户设备由于采用相控整流电路后带来的谐波问题,设计一种新型无源滤波器进行谐波抑制及无功补偿方案,实践表明该方案的滤波及无功补偿效果良好。

雨天交流输电线路电晕放电判据

电磁环境是制约特高压输电线路结构设计与导线选型的关键因素,通过高速摄像机和放电脉冲的同步观测,研究了水滴下落、附着和离开导线时的放电特征;利用有限元软件分析了水滴和导线之间的电场分布;基于有效电离积分分析了水滴位置、大小、导线电压对水滴滴落放电的影响,提出了水滴滴落放电的起始判据。研究发现,雨滴与导线之间的间隙放电产生的放电电流脉冲远高于雨滴附着在导线表面时产生的电晕放电,是造成雨天交流线路电磁环境问题的主要原因;伴随水滴的滴落过程,有效电离积分经历了一个先升高后降低的过程;有效电离积分的极值随电压的升高而显著上升,随水滴半径的增加而小幅增加。

基于点对称变换与图像匹配的变压器机械故障诊断方法

变压器本体的振动信号与其机械状态密切相关,利用该特点可实现对变压器机械故障的判别。该文提出了一种基于点对称变换(SDP)与图像匹配的变压器机械故障诊断方法。首先通过集合经验模态分解(EEMD)对初始信号进行分解,并选择合适的分量对信号进行重构,去除变压器自身及外界环境的干扰;接着通过SDP获得重构后的振动信号的SDP图像,并在每类故障中选择部分图像,利用聚类模板提取共同特征获得该类故障下的典型故障模板;最后通过比较未知故障信号的SDP图像与各类典型故障模板SDP图像的相似度实现最佳匹配,完成变压器机械故障的诊断。变压器的实验结果表明:不同类型的机械故障SDP图像间存在明显特征差异,该方法可以实现机械故障的有效判别。与传统的机械故障诊断方法相比,该文所提方法考虑了外界高频干扰,避免了提取多个特征量的繁琐步骤,操作简单且准确率高。

磁通补偿型串联有源电力滤波器电流振荡原因及解决方法

以现有的基于磁通补偿原理的串联混合型有源电力滤波器为例,首先介绍其基本工作原理以及反相基波、同相谐波电流指令的获取方法,接着给出了电流控制环节中加入同相谐波指令后出现的电流振荡现象和波形。以二阶Butterworth低通信号滤波器为例,分析了低通滤波器对谐波和间谐波的响应特性。然后,建立了有源滤波电路的微分方程,从微分方程的通解形式解释了实验中出现的有源滤波器电流振荡现象的本质就是有源滤波器对间谐波失稳。最后,提出了若干改进措施,以仿真和试验验证了文中理论分析的正确性。