第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中的应用

值此新年,回望过去,电力电子领域经历了无数变革与创新,从家用电器到轨道交通,从陆上储能到海上发电,每一项技术突破都见证了行业的共同成长与努力。第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中都有着优异的应用。以国产化、轻量化、高效能为导向,以新型宽禁带半导体材料、永磁同步高速电机、高能效电传动系统为支撑,高速安全、绿色高效、节能环保依然是轨道交通行业发展的主要目标;能源革命和智能网联为汽车产业创新发展注入了新动力;大力推进和发展我国船舶海工装备的先进制造、智能制造的关键技术,大力推进制造工艺、制造质量的提升,形成我国先进的船舶电气装备的制造能力。在此背景下,清华大学电机系李永东教授的报告《第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中的应用》重磅出炉。本报告着重阐述第二次能源/电力和电子革命的现状与发展趋势,站在创新高度解读了第二次能源和电子革命,特别是在陆海空天潜和电驱动领域中的应用以及可持续发展,提出了我国电力电子功率变换和变频产业技术发展的新需求和新使命。李永东现任清华大学电机系教授,博士生导师,先进电能变换与电气化交通团队负责人,清华大学新概念技术汽车研究院副院长。IEEEIAS Beijing ChapterChair,IETandCESFellow,中国电工技术学会会士兼电力电子分会副理事长,中国电源学会常务理事兼电气化交通专委会主任,中国自动化学会电气自动化专委会副主任,荣获俄罗斯自然科学院外籍院士及俄罗斯工程院外籍院士。他长期致力于高性能、大容量交流电机控制系统和应用;交流电机失量控制和直接转矩控制理论及其数字化实现;高压大容量变换器及其在节能、高铁牵引和船舶推进等电气化交通系统中的应用。报告分三期(2024年1期、2期和3期)先后刊登本刊特约《变频器世界》编委会主任李永东教授的文章。敬请期待!

第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中的应用(下)

值此新年,回望过去,电力电子领域经历了无数变革与创新,从家用电器到轨道交通,从陆上储能到海上发电,每一项技术突破都见证了行业的共同成长与努力。第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中都有着优异的应用。以国产化、轻量化、高效能为导向,以新型宽禁带半导体材料、永磁同步高速电机、高能效电传动系统为支撑,高速安全、绿色高效、节能环保依然是轨道交通行业发展的主要目标;能源革命和智能网联为汽车产业创新发展注入了新动力;大力推进和发展我国船舶海工装备的先进制造、智能制造的关键技术,大力推进制造工艺、制造质量的提升,形成我国先进的船舶电气装备的制造能力。

第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中的应用(中)

值此新年,回望过去,电力电子领域经历了无数变革与创新,从家用电器到轨道交通,从陆上储能到海上发电,每一项技术突破都见证了行业的共同成长与努力。第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中都有着优异的应用。以国产化、轻量化、高效能为导向,以新型宽禁带半导体材料、永磁同步高速电机、高能效电传动系统为支撑,高速安全、绿色高效、节能环保依然是轨道交通行业发展的主要目标;能源革命和智能网联为汽车产业创新发展注入了新动力;大力推进和发展我国船舶海工装备的先进制造、智能制造的关键技术,大力推进制造工艺、制造质量的提升,形成我国先进的船舶电气装备的制造能力。在此背景下,清华大学电机系李永东教授的报告《第二次能源和电子革命及其在陆海空天潜领域中的应用》重磅出炉。本报告着重阐述第二次能源/电力和电子革命的现状与发展趋势,站在创新高度解读了第二次能源和电子革命,特别是在陆海空天潜和电驱动领域中的应用以及可持续发展,提出了我国电力电子功率变换和变频产业技术发展的新需求和新使命。李永东现任清华大学电机系教授,博士生导师,先进电能变换与电气化交通团队负责人,清华大学新概念技术汽车研究院副院长.IEEE IAS Beijing Chapter Chair,IET and CES Fellow,中国电工技术学会会士兼电力电子分会副理事长,中国电源学会常务理事兼电气化交通专委会主任,中国自动化学会电气自动化专委会副主任,荣获俄罗斯自然科学院外籍院士及俄罗斯工程院外籍院士。他长期致力于高性能、大容量交流电机控制系统和应用;交流电机矢量控制和直接转矩控制理论及其数字化实现;高压大容量变换器及其在节能、高铁牵引和船舶推进等电气化交通系统中的应用。报告分三期(2024年1期、2期和3期)先后刊登本刊特约《变频器世界》编委会主任李永东教授的文章。敬请期待!

一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

货运交通电气化技术的电气化公路方案与氢能方案对比研究

重型货车是我国交通运输行业的高耗能设备和主要的碳排放来源,其柴油年消耗量约占我国柴油年消耗总量的40%、CO_(2)年排放量占交通运输领域CO_(2)年排放总量的50%左右。在“双碳”目标和能源革命的背景下,构建绿色清洁、安全高效的公路货运方式,推进重载货运交通的低碳化和清洁化转型,这已成为一种必然趋势。目前,重型货车电气化主要有充电方案、换电方案、氢能重卡方案以及电气化公路方案。文章主要介绍了氢能重卡方案和电气化公路方案,并基于某运煤专线,通过成本核算,对比分析了二者的经济性和应用场景。分析结果表明,对于固定运输线路的货运交通,当年运量大于204.83万吨时,采用电气化公路方案更具有经济性;当年运量低于204.83万吨时,氢能重卡方案成本则更低。

激光诱导击穿光谱仪器化研制综述

作为一种新型物质探测技术,激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因具有制样简单、非接触式测量、现场适应能力强、分析速度快以及能同时对多种元素进行识别和定量分析等突出优点,近年来在工厂运维、垃圾回收、岩矿分析、文化遗产保护、环境监测、生物医疗、食品检验、国土安全等诸多领域得到广泛应用。在从实验室逐步走向实际应用的过程中,各国研究人员开发了各式LIBS仪器,根据其大小和使用特点,大致可分为台式、远程式和便携式三类。本研究对激光诱导击穿光谱的原理、系统构成和发展脉络作了系统性的介绍,对现有的LIBS仪器进行了分类与综述,细致探讨了各类设备的优势及面临的挑战,并对未来的发展方向进行了展望。

体空位缺陷对氧化铝二次电子发射特性的影响分析

基于第一性原理和蒙特卡罗模拟方法,系统地研究了氧化铝晶体内部O空位缺陷和Al空位缺陷对二次电子发射特性的影响.密度泛函计算结果表明,空位缺陷会导致能带结构发生改变,其中Al空位缺陷的存在使得禁带宽度变窄,费米能级降低至价带内部.在此基础之上,获得了不同晶体结构下的弹性和非弹性平均自由程.氧化铝中存在Al空位缺陷时的弹性平均自由程最大,而存在O空位缺陷时的非弹性平均自由程最大.为了分析不同缺陷浓度下的二次电子发射特性,对已有蒙特卡罗模拟算法进一步优化.模拟结果表明,随着O空位和Al空位缺陷占比的增加,最大二次电子发射系数随之而下降.相比于Al空位缺陷,相同缺陷占比下O空位缺陷导致二次电子发射系数降低更多.

品质因数对TM_(02)模相对论返波管工作模式影响

结合理论分析和数值模拟,研究了TM_(02)模过模结构相对论返波管的模式竞争机制.理论推导得到波纹波导中混合模式与圆波导中对应模式的近似关系,以近似模式作为波导输入来计算包含的高频结构S11参数曲线,分析各模式的品质因数.三维粒子模拟结果显示,当TM_(02)模式的耦合阻抗优势明显时,束波作用点基本不受两端反射影响,输出的其他模式微波主要是由互作用模式转换而来;当耦合阻抗优势不明显时,品质因数的改变会影响束波相互作用,起振模式随之变化.各模式群速度接近时,谐振对工作模式的影响的实质是末端反射主导下的品质因数对模式的影响.品质因数和耦合阻抗对返波管工作模式的共同作用为在输出模式稳定的前提下优化输出功率、降低磁场提供了更大空间,使用多目标优化设计算法对相对论返波管进行优化,最终三维模拟得到的返波管输出功率达到534 MW,TM_(02)模式输出功率占比94.95%.

“两墙合一”深基坑工程设计与技术创新

北京CBD核心区某项目基坑深度36m,因受场地空间限制,采用“两墙合一”+内支撑支护体系,在实现基坑挡土、止水功能的同时完成了地下结构外墙施工。为提高工程质量和施工效率,针对地连墙与主体结构的连接、槽段接头处理方式、有限空间导墙结合近接建筑物预换撑等方面进行了技术创新,取得了较好的工程效果,可供类似工程参考。

“作家”身份的生成与新文学的发生

“谁是作家”“作家是什么”并非不言自明的问题,而是关涉到五四时期新文学倡导者有意建构的一套身份与价值观念体系。经由从“著作家”到“创作家”、从“文人”到“作家”的指称转换,以及现代文坛对超人情感和现代知识的强调,作家被赋予“感化读者”与“改进国家”的社会职能。“作家”的生成与判定有赖于现代读者的“发明”与现代文学机制的助推。现代“作家”身兼报刊编辑、文学批评家等多重身份,怀有“启蒙”与“救亡”的价值追求,带来了文学创作主体的现代转换。“作家”身份的生成与塑造反映了新文学发生的内在逻辑,也提供了一条反思当下作家观的有效途径。

从“滴水成画”和超疏水“水泵”认识表面能

利用绿色能源替代化石燃料是实现“碳中和”目标的重要途经.与风能和太阳能类似,表面能也是一种高度分散的能量,其利用和转换引起了人们的关注.本实验利用“滴水成画”展示马兰戈尼效应,利用超疏水“水泵”展示表面的亲疏水性能,通过游戏和自己动手实验,可直观地认识表面能,观察表面能与动能和重力势能相互转化的过程,展示表面能与生活的紧密联系,以及表面能为人类生活带来的便利和危害.

我国变频及应用技术和产业发展路线图(三)

国家“双碳”目标要求大力推广节能减排技术,交流电机采用变频调速后节能可达到15-40%,节能效益巨大,一直是国家节能的重要举措;变频电源是国家重大工程高端装备的核心部件,广泛应用于国防、能源、交通、冶金、化工、机械制造中;交流伺服变频传动是高端制造中机器人、数控机床的核心部件;“变频家电”悄然走进千家万户。

在互文中寻绎南京大屠杀书写的可能性——评房伟的长篇小说《石头城》

中外作家关于南京大屠杀题材的书写,已渐成气候。就小说创作而言,早期有黄谷柳《干妈》(1938)、阿垅《南京血祭》(1939)、石川达三《活着的士兵》(1938)、张恨水《大江东去》(1943)、堀田善卫《时间》(1955)等作品值得关注。新时期以来则出现了李贵《金陵歌女》(1988)、邓贤《落日》(1996)、严歌苓《金陵十三钗》(2005)、祁寿华《紫金山燃烧的时刻》(2005)、南翔《1937年12月的南京》(2006)、莫·海德《南京的恶魔》(2009)、哈金《南京安魂曲》(2011)等优秀作品,这些小说从不同维度进入南京大屠杀的书写,在创意构思与观念表达上各有其追求。其他如电影、日记、报告文学和历史著作,亦多有引人瞩目之作。对于后来的创作者而言,尽管尚不至于因敬畏“崔颢题诗在上头”而停笔,但相关作品汇聚在一起,确实给新的创作计划带来了巨大的挑战。那么,房伟进入这一重大题材,还有多少可供他自由驰骋的空间呢?

级联H桥变换器IGBT开路故障分析与冗余方法研究

级联H桥变换器包含了大量的开关器件,往往面临严峻的可靠性问题。该文从电路特性和调制过程两方面对级联H桥变换器IGBT开路故障的影响规律进行分析,并提出一种基于调制重构的级联H桥变换器IGBT故障冗余方法。该故障冗余方法通过重构变换器调制过程,使H桥从故障中恢复运行,且发生开路故障的单元依然具有部分功率传输能力,提高了级联H桥变换器开路故障的处理能力。

采用多准则决策分析的高功率微波源多目标优化设计

为解决高功率微波源优化设计难度较大的问题,将多准则决策分析方法、遗传算法和全电磁粒子模拟软件UNIPIC相结合,提出了一种适于高功率微波源的多目标优化设计方法FSAWS-GA。通过对待优化器件的结构参数进行浮点编码生成种群个体,利用多准则决策分析方法中的主观目标和客观目标评价算法实现个体适应度评价,基于遗传算法实现种群进化,达到高功率微波源多目标优化设计的目的。对比测试结果表明:FSAWS-GA算法较传统单目标遗传优化算法,对高功率微波源优化有更好的适应性,能够优化出多性能指标均符合设计要求的器件结构。利用FSAWSGA对一种Ka波段的相对论返波管进行了结构优化测试,得到了输出功率为0.642GW、工作频率为26.68GHz、频率纯度为0.09、电子通过率为86.72%、能量转换效率为15.6%的新型器件结构。新型器件结构在确保多项性能指标均满足设计要求的前提下,输出功率较原器件提高了210.1%,验证了利用FSAWS-GA算法实现高功率微波源多目标优化设计的可行性。

人偏肺病毒的逆转录重组酶介导等温扩增荧光检测方法的建立

目的建立一种基于逆转录重组酶介导的等温扩增(reverse transcription recombinase-aided isothermal amplification,RT-RAA)方法的人偏肺病毒快速分子诊断技术,并对其检测效果进行初步分析。方法从NCBI数据库中下载人偏病毒基因组序列,利用Mega软件比对分析基因组序列,确定高度保守序列作为分子检测靶标。以人偏肺病毒N蛋白基因保守序列作为靶序列,设计引物和荧光探针。并以宁波地区人偏肺病毒基因组RNA为模板,利用实时荧光定量PCR对荧光RT-RAA检测体系进行评价。以构建含有N蛋白基因序列的不同浓度重组质粒为模板进行RT-RAA荧光扩增,分析其检测灵敏性;利用建立的RT-RAA荧光法分析检测人偏肺病毒、呼吸道合胞病毒、腺病毒和博卡病毒基因组,评价其检测特异性。结果成功建立了人偏肺病毒RT-RAA扩增荧光检测方法,可在30 min内完成偏肺病毒的特异性扩增检测。以重组质粒为检测模板,RT-RAA荧光检测法的最低检出限为102拷贝/μL重组质粒,且均在15 min内出现阳性特异性扩增。与实时荧光定量PCR检测一致性达98.6%,且与其他3种病毒无交叉反应特性。结论成功建立了一种基于RT-RAA扩增的人偏肺病毒荧光检测方法,该方法灵敏度高、特异性好,在人偏病毒快速现场检测中具有潜在应用价值。

跟骨锁定钢板内固定治疗跟骨骨折的临床疗效探讨

分析跟骨骨折患者采取跟骨锁定钢板内固定治疗的效果。方法 选择一眼2023.5-2023.12收治的100名患跟骨骨折患者,随机均分对照组和实验组,分别采取常规治疗、跟骨锁定钢板内固定治疗,比对治疗效果。结果 实验组患者治疗效果优于对照组。术后六个月随访结果显示,实验组患者愈合良好,结果比对有统计学意义(P<0.05)。结论 跟骨锁定钢板内固定治疗跟骨骨折的治疗效果突出,不仅有利于患者的更好康复,还有助于降低术后并发症,值得在临床推广普及。

三相PWM变换器的共模电压抑制方法综述

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术是电力电子变换器中最常用的控制技术之一,但不可避免地会产生共模电压。共模电压及其感应产生的轴电压、轴承电流等会严重危害电机甚至整个系统的安全运行,因此必须从源头上对它进行有效地抑制。首先分析共模电压的产生及作用于电机的基本原理,随后分别总结空间矢量PWM和载波PWM两种调制策略下进行共模电压抑制的控制自由度及相应控制方法,并对不同方法的性能进行对比,最后对其后续的发展方向进行展望。

面向光伏直流升压系统的高压大功率LLC谐振变换器设计方法

文中提出一种适用于光伏直流升压变换系统的高压大功率LLC谐振变换器设计方法与死区时间设计优化方法。文中先介绍大功率LLC变换器的应用场景,光伏直流升压变换器的系统架构和模块拓扑,然后基于模态分析法建立LLC变换器的时域模型,研究其求解方法。分析大功率LLC变换器与小功率设计时的差异,不能沿用小功率变换器设计方法,为此,从原始参数出发,以高效率为目标,时域模型求解方法为基础,提出一种精确简便的大功率LLC变换器设计方法,另外基于模态分析提出了死区时间设计优化方法。理论研究与提出的方法在一台80kW/5kV光伏直流升压变换器样机上得到验证。

电压自平衡碳化硅MOSFET间接串联功率模块

目前,常见商用宽禁带碳化硅金属-氧化物场效应晶体管(SiC MOSFETs)的阻断电压不超过1.7kV,为提高其等效耐压等级,提出一种二极管-电容混合钳位的间接串联拓扑和准两电平开环调制方法,可实现拓扑中串联器件的电压自动均衡。基于此,该文利用SiC MOSFET裸芯片封装制作了一个3.6kV/20A的间接串联功率模块,并设计出与之配套的驱动保护电路,整体等效为通用中压、两电平功率模块,具有体积小、集成度高的优点。最后通过实验验证了该模块的通用性,以及其在开关损耗和经济性等方面的优势。