基于桥式驱动电路的磁阻型电磁发射器仿真与实验

在磁阻型线圈电磁发射器中,驱动线圈的剩余电流会影响抛体的发射效率。将磁阻型线圈电磁发射器驱动电路中的电容器用桥式电容电路替代,通过桥式电容电路能够快速降低发射器中驱动线圈的剩余电流,避免抛体在运动时受到反向的回吸力。该文介绍了桥式驱动电路在磁阻型线圈电磁发射器中的工作原理,通过仿真与实验对比分析磁阻型线圈电磁发射器在传统驱动电路与桥式驱动电路中的发射性能。实验和仿真的结果表明:采用桥式驱动电路后,磁阻型线圈电磁发射器的效率得到了提高,剩余电流的能量回收到电容器降低了系统能量的损耗。仿真和实验结果的规律具有一致性,验证桥式驱动电路在磁阻型线圈电磁发射器的可行性,为解决驱动线圈剩余电流及反向力的抑制提供了参考。

一体成型电感线圈结构与直流叠加性能关联分析

基于有限元法对一体成型电感(典型规格6.6 mm×6.6 mm×3 mm)的磁场分布进行仿真分析,根据其磁场分布特点提出了电感等效磁路模型,并分析了线圈结构参数对一体成型电感的感值、直流叠加特性的影响。结果表明,在保持线圈匝数为8.5不变的条件下,线圈直径D由2.0 mm增至5.2 mm时,电感内部的总磁阻先减小后增大、感值相应地先增大后减小,在D=4.8 mm左右时总磁阻最小、感值最高;在使用相同磁心材料的情况下,线圈结构参数为N=10.5、D=3 mm(N10D3)和N=8.5、D=4 mm(N8D4)的电感具有相近的初始感值,但N8D4结构电感内部磁场分布比N10D3结构更均匀,表现出更优的直流叠加性能。

一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

三相交错并联直流变换器母排低电感设计

由于开关器件频率的提升和电压等级的提高,功率回路中的杂散电感引起的冲击电压影响越来越受到关注。为解决在高频器件下因母排杂散电感引起的冲击电压过高的现象,将以往研究中的解析法建模和部分元等效两种方法结合起来建立能同时反映结构参数作用机理并反映各部分电感对冲击电压影响的综合电感模型。利用模型按照叠层方式设计、基础尺寸设计和器件布局设计3步设计了一款用于三相交错并联直流变换器的叠层母排。对于其中有着复杂影响效果的结构参数,将数学模型代入双层规划算法,进行了参数寻优。最终设计了一款低杂散电感、低冲击电压母排,并通过双脉冲实验验证了设计的有效性和模型的准确性。

Boost DC-DC变换器连续导电模式解析

DC-DC变换器是“电力电子技术基础”课程的重要入门变换器,优选教学内容并合理布局,有助于学生养成良好的学习和思维习惯。根据电感电流的连续性以及负载电阻供电来源的差异性,Boost DC-DC变换器具有多种工作模式,包括连续导电模式(CCM)、临界导电模式(CRM)和断续导电模式(DCM)。其中CCM又可分为电感完全供能模式(CCM-CISM)和电感不全供能模式(CCM-IISM)。在理论分析和推导CCM-CISM与CCM-CISM临界电感表达式基础上,对几种典型工作模式采用Matlab/Simulink进行仿真验证。所得结果有助于加深学生对Booost DC-DC变换器工作原理的理解,引导学生学会深度思考和自行仿真验证随时产生的设想。

基于等效磁路网络法的均匀正交磁场对环形磁芯等效电感的影响

电源中的磁性元件对外部磁场天然敏感,其工作特性直接影响电源的输出特性。实现背景磁场的建模是研究电源中磁性元件受强杂散磁场干扰问题的重要前提,但目前关注这一应用场景的相关研究较少,且常用的电磁场分析方法难以兼顾计算的精度和效率。基于等效磁路网络法提出了一种杂散磁场效应的分析方法,该方法将研究对象等效生成磁路单元,离散形成网络模型,并通过求解等效磁路系统方程得到模型的场量分布。以一款具体的环形铁氧体磁芯为例,利用等效磁路网络法计算了环形磁芯在直流激励和均匀正交磁场下的场量分布,分析了背景磁场对其等效电感的影响。通过对比等效磁路网络法与有限元法的计算结果,验证了该方法的准确性与高效性,且适用于电源受背景磁场干扰问题的分析。

片式薄膜功率电感的感值建模与结构分析

随着便携式电子产品的轻薄化和小型化发展,电源模块也朝着小型化发展,所以对电源模块中体积最大的磁性元件电感进行建模设计就显得尤为重要。针对片式电感器的薄膜电感,首先应用磁场分割法,建立磁路模型,计算其感量;接着,进一步分析各磁阻的磁场大小,推出简易的磁场表达式,代入用多项式拟合后的磁导率曲线,对电感直流叠加特性进行研究;并且分析了当设计某目标感值时,匝数和电阻的关系,得出了在最优匝数下的磁芯高度占比范围在59%左右;最后运用有限元仿真软件验证了该模型的精确性和实用性,当磁芯高度占比在54.74%~63.16%时,误差范围为-1.97%~0.31%,当磁芯高度在59%左右时,饱和电流求解误差在4.28%以内。

基于磁场分割法的EE型电感器磁路参数计算

开关电源电感器设计中,磁路参数的计算具有重要意义。首先,针对EE型磁芯中柱开气隙的电感器,结合有限元仿真,通过理论分析,利用磁场分割的方法将总磁通量分为7个等效磁通,提出无效匝数的概念,在充分考虑扩散磁通、旁路磁通及磁芯磁通分布不均匀影响的基础上,求得主气隙磁导等效面积的解析表达式,根据等效磁路模型,从而求得电感系数AL的解析表达式。提出磁密分布不均匀系数的概念,根据单位电流最大磁通密度,求得饱和电流IA的解析表达式。然后,采用编制Excel表的方式对磁路参数进行精确计算。最后,通过实验测量,验证了所建公式的准确性,可为设计人员提供有益参考。

考虑频变特性的共模电感宽频段阻抗建模方法

共模电感由绕组和磁芯组成,锰锌铁氧体可以作为共模电感的磁芯,其高频参数的频变特性使共模电感的阻抗特性在150 kHz~30 MHz内呈非线性。针对传统共模电感集总电路模型与实测阻抗特性存在较大偏差,难以准确预测共模电感在高频段阻抗特性的问题,分析磁芯材料参数与绕组绕制方式对共模电感高频阻抗特性的影响;从共模电感分布电容特性的角度阐述磁性材料参数与绕组结构对分布电容大小的作用机理;提出考虑磁芯相关频变参数的共模电感宽频段阻抗仿真建模方法,结合阻抗测试验证所提方法的有效性。

基于改进YOLOv5的贴片电感表面缺陷检测研究

为实现贴片电感表面缺陷的快速精准检测,突破目前贴片电感表面缺陷检测速度慢、准确率低的技术难题,在YOLOv5算法基础上,引入SE注意力模块和双向特征融合网络(BiFPN)模型,提出基于注意力机制的特征提取网络结构,分别对不同特征通道赋予相应权重信息,使其在特征融合中能够快速传递,进一步提高了贴片电感表面缺陷模型的检测精度;考虑提取网络时无法高效检测出贴片电感的缺陷类型,设计出基于加权双向特征金字塔结构,增强了模型对不同尺度特征信息的表达能力;利用贴片电感表面缺陷检测数据集完成了SE注意力机制和BiFPN网络的消融实验以及目标检测算法的对比实验。结果表明,提出的改进模型平均准确率均值(mAP)达到97.12%较原YOLOv5算法提升了5.87%,检测速度达到40.47FPS,能够满足贴片电感表面缺陷检测的实时性和准确性要求。

同轴线圈电磁推进技术述评

为了给同轴线圈电磁推进(CCEMP)技术的进一步发展提供参考并指明可能的研究方向,回顾了同轴线圈电磁推进技术的发展历程,展望了其应用前景,介绍了当前世界范围包含国内的研究热点和现状,通过分析同轴线圈推进装置独有的特点以及研究进程中的关键技术和技术瓶颈,认为具备大载荷、高效率、高重复使用寿命的同轴线圈推进装置是未来战场作战必然选择之一,而实用化之前必须解决高密度储能电源的小型化、轻量化问题,并发展高强度的绝缘新材料;然后分析并指出了可能的解决方法和途径。希望能够推动我国在同轴线圈推进技术领域的发展和工程化应用。

双面对称布线印制电路板型Rogowski线圈

印制电路板(PCB)型Rogowski线圈广泛用作复杂电磁环境下的电流测量传感头,其性能决定着电流测量的灵敏性和精确度。针对传统直连结构PCB型Rogowski线圈的不足,设计了一种双面对称布线PCB型Ro-gowski线圈,在PCB板双面均匀密布沿半径方向且两端带导孔的直连铜箔,通过外径导孔处小段圆弧连接布线铜箔呈对称结构,使得线圈结构对称且单匝线圈垂直于PCB板面并指向轴心;在输出端设置与绕线方向相反的回线以抵消垂直PCB平面的杂散磁场干扰。计算了线圈的电磁参数,研究了被测载流导线偏离线圈轴线及线圈外存在干扰电流时线圈与被测载流导体间的互感特性并测试了其互感值。实验测试结果与理论计算值相符,表明该PCB型Rogowski线圈一致性好,抗干扰性能强,适合于用作外界杂散磁场复杂情况下的电流测量传感头。

高频电感器线圈损耗分析与交错气隙布置

通过对高频电感器线圈损耗的详细分析 ,发现电感器的旁路磁通会在线圈上引起额外损耗。在此基础上 ,提出一种新型气隙设计方案与铁心结构。在该结构下 ,铁心的气隙沿铁心柱交错布置 ,减少了穿越线圈窗口的旁路磁通。与通常的EE、EI型铁心电感器相比 ,它有效降低了线圈损耗。

触发放电位置对重接型线圈推进器加速性能影响的仿真分析

为了使重接型线圈推进器获得较大的出口速度和较高的能量转化效率,需要对其触发放电位置和脉冲电流波形进行优化设计。首先从物理机理上解释了推进过程,然后根据电路方程分析了推进效率,最后采用电磁场有限元仿真分析了不同触发放电位置对重接型线圈推进器加速力、出口速度和推进效率的影响。仿真结果表明,存在一个最佳的触发放电发位置,使得抛体能够在较大范围内获得较大的加速力,从而获得最大出口速度。同时分析发现,重接型线圈推进器在发射过程中存在减速制动力,最大出口速度并不一定对应最大推进效率。在多级重接型线圈推进器的设计中,随着各级抛体入口速度的增大,触发放电位置需要相应优化,同时使驱动线圈中脉冲电流波形与互感梯度变化曲线匹配,才能获得最大的推进效率。

同步感应线圈炮内磁场及涡流场的有限元分析

为了研究感应线圈炮内磁场及涡流场的分布,根据单级实心电枢同步感应线圈炮的结构模型,基于矢量磁位和标量电位相结合的方法建立了其导体区域涡流场的数学模型。对套箍和炮管非导体区域、气隙区域分别采用矢量磁位、标量磁位来描述磁场。在电枢区域涡流场的控制方程中,考虑了电枢运动效应和位移电流效应的影响;在驱动线圈区域涡流场的控制方程中,考虑了位移电流效应的影响。采用Ansoft有限元分析软件对单级实心电枢同步感应线圈炮内的涡流场分布情况进行了仿真研究。仿真结果表明:单级实心电枢同步感应线圈炮内的磁场在电枢尾部发生明显畸变,电枢内的涡流主要分布在电枢的外表面和尾部,其方向与驱动电流的方向相反。这些工作体现了单级实心电枢同步感应线圈炮实际工作过程中磁场、涡流场以及能量损耗的分布规律,为感应线圈炮的优化设计提供了参考依据。

一体成型电感用软磁粉末应用现状及发展趋势

随着电子器件小型化、片式化、高频化、高功率密度化发展,一体成型电感以其感量高、耐大电流、漏磁小、尺寸多样化等优点获得了广泛应用。首先概括介绍了一体成型电感磁心用软磁粉末的分类与特性,包括羰基铁、铁硅铬、非晶/纳米晶,然后介绍了粉末制备工艺、特点、绝缘包覆,及其对电感特性的影响。最后对一体成型电感磁心用软磁粉末的未来发展进行了展望。

电容层析成像系统径向电极对传感器性能及敏感场分布的影响

电容层析成像系统传感器的敏感场分布受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难。该文以8电极油水两相流电容层析成像为研究对象,采用有限元仿真的方法,分析了径向电极及其嵌入尺寸对电容层析成像系统电容值及敏感场分布的影响。通过仿真分析,确定了径向电极的嵌入尺寸,从而能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能。

基于对称法与相位法的新型消弧线圈

分析了当前自动跟踪补偿消弧线圈技术的发展以及存在的问题,提出了基于对称法与相位法相结合的新型消弧线圈设计方案,介绍了电容电流检测方法和装置结构。该方法利用了零序电压U0与脱谐度v关系曲线的对称性以及U0与线电压UBC的相位关系,无需反复调节消弧线圈电感值就可快速、精确地跟踪测量电网电容电流。根据该方法研制出的新型消弧线圈试验和现场运行均表明,该型消孤线圈具有响应速度快、补偿精度高、无机械动作可靠性高等特点。

一种基于印刷电路板的高准确度Rogowski线圈

半手工绕制Rogowski线圈的最大缺点是线圈密度很难做到恒定 ,使得测量准确度低 ,难以满足计量和批量生产的要求 ,为此提出了一种基于印刷电路板的Rogowski线圈的新结构 ,其二次绕组采用一块主印刷电路板和若干副印刷电路板制作 ,绕线分散均匀 ,可完全自动化生产 ,大大提高了Rogowski线圈的测量准确度。实验结果表明它测量准确度达到 0 2级 ,且能够满足计量和保护的双重要求 ,适合大规模的生产。

印制板式Rogowski线圈研究

为了增强印制板式Rogowski线圈拾取感应信号的能力,有效提高其信噪比,将具有相同结构的Rogowski线圈顺次串联并分别获得顺串单、双面板Rogowski线圈后,分析了由单面板构造的顺串单面板传感器的计算模型和等效模型,对比研究了顺串单、双面板Rogowski线圈的阻抗、相频、自感系数和内阻等重要电气参数随着被测电流频率的变化特性,推导了顺串单、双面板Rogowski线圈的最佳阻尼电阻的计算模型,提出了用于判断顺串单、双面板Rogowski线圈测量脉冲大电流的结果有效性的方法及其判据。研究表明,取印制板线圈的顺次串联方式有利于提高传感器的信噪比。