车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真研究

永磁无刷直流电动机的转矩与转速会对电机的控制精度造成影响,导致电机弱磁控制效果差。为了提升整体控制性能,提出车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真方法。分析车用永磁无刷直流电机弱磁转矩特性,获取电机电磁转矩关系。根据获取结果建立永磁无刷直流电机弱磁控制系统,利用该系统控制电机弱磁的电磁转矩与运行效率,以此实现整体控制。实验结果表明,通过对所提方法开展电机运行效率测试、电机运行稳定性测试,验证了上述方法的有效性。

接触问题的三角形载荷离散FFT加速算法

接触问题控制方程的有效求解,往往涉及到复杂的数学理论知识,而在实际工程应用中,接触应力分布又具有高度随机性。为高效快速求解任意载荷分布下固体的接触响应,基于三角形载荷离散单元,嵌入离散卷积快速傅里叶变换(DC-FFT)算法,提供了一种高精度、高可靠度的计算方法。相比于通常采用的分段均布载荷离散方法,三角形单元的解析求解略显复杂,但能更好地模拟接触载荷任意分布的特性,对于接触边缘处载荷由零递增或递减为零的情况,也可以予以充分考虑。为优化三角形载荷离散单元的求解方法,根据接触影响系数矩阵的“激励-响应”特性,推导了三角形载荷单元和均布载荷单元作用下的应力分量解析解。通过构造包含影响系数矩阵的离散卷积形式应力解,将某一目标节点在所有载荷单元作用下,重复度极高的矩阵运算叠加过程,采用DC-FFT算法来简化加速计算。通过程序编程计算,分析验证了所提出算法的精确度和高效性。

船舶大容量直流配电板磁场抑制措施研究

基于Biot-Savart定律,结合配电板实际状态,分析了大容量直流配电板在通电状态下主汇流排及配电板整柜产生的外部磁场特征,根据其对所在船舶磁场的影响提出相应的磁场抑制措施,并对所提措施的效果进行仿真对比分析。研究结果表明,对主汇流排进行优化设计是大容量直流配电板在通电状态下磁场抑制的有效措施。

基于电荷泵和电场增强层的滑动式直流摩擦纳米发电机的性能提升

针对直流摩擦纳米发电机(DC-TENG)自身性能的局限性以及静电击穿的优化,提出了一种简便、通用的将电荷泵和电场增强层与DC-TENG耦合的策略(CE-DC-TENG),以提高DC-TENG的输出性能。交流摩擦纳米发电机(AC-TENG)被用作电荷泵,在DC-TENG中引入一层增强电场的导电层并与电荷泵连接,以积累电荷和增强静电击穿的电场。在研究过程中,设置了运动频率与竖直压力这两个参数,并通过改变参数的大小测试了对应的输出性能。结果表明在1.0 Hz的运动频率和25 N竖直压力下,CE-DC-TENG输出电流约为0.67μA,七个周期的转移电荷量约为0.95μC。这个结果分别约为基于静电击穿DC-TENG的5倍和2倍。并且,该器件的输出功率在负载电阻600 MΩ左右获得最大值,达到54μW。CE-DC-TENG的峰值输出功率约是DC-TENG的18倍。通过线性滑动模式CE-DC-TENG验证了该方法的有效性。

不同磁场条件下直流接触器电弧开断特性的仿真研究

直流接触器是实现分断、功率切换以及故障保护等功能的关键器件。文中以某直流接触器为例,建立了直流接触器氢气电弧特性仿真的二维磁流体动力学模型,该模型综合考虑了外部负载电路、触头运动以及非均匀外部磁场等因素对接触器电弧特性的影响,仿真研究了不同磁钢厚度下密闭式直流接触器内电弧开断过程中的电流电压变化曲线以及温度场分布。研究结果表明,在不同磁钢厚度的非均匀磁场作用下,450 V/400 A、充气压力为4 atm(1 atm=101 kPa)的直流接触器内部电弧的燃弧时间有所不同,并且随着磁钢厚度增大,磁场强度变强,燃弧时间缩短,磁钢厚度为5.5 mm时的燃弧时间最短。

低气压直流转换开关开断能力研究

直流转换开关被广泛应用于特高压直流输电工程,用于系统运行方式的切换。其多采用无源自激振荡的技术路线,具有结构简单、性能可靠等优点。该文以直流转换开关为研究对象,通过SF6气体低气压特性分析,结合直流转换开关开断过程灭弧室的气流场仿真分析结果,优化气流通道,设计出适用于低气压环境的大容量开断装置。采用了低频振荡电流法等效直流电源进行直流转换开关的电流转换能力验证,分别在不同电流、不同气体压力时进行电流转换试验。由试验结果可知,随着开断装置充气压力的降低,电流转换的能力下降率达到10%~25%,且燃弧时间较长。通过仿真和试验研究,为低气压条件下直流转换开关的设计和电流转换能力评估奠定了基础。

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。

电裂解芯片及其在细菌核酸分析中的应用

近年来,由于各种细菌引起的疾病不断爆发,细菌核酸检测已成为常用的实验室诊断方法。细菌核酸提取是细菌分类和鉴定的关键步骤,也是医学诊断、药物筛选的重要技术之一。目前的细菌核酸提取以化学裂解方法为主,其存在明显的缺点,如样品量大、化学试剂污染等。因此,研究快速、简单、无化学污染的检测装置具有重要意义。该研究设计了一种微流控芯片在直流电场下裂解各种细菌并提取核酸。研究了电场强度、电极间距、裂解时间、氧化铟锡电极方阻及电极宽度对核酸提取的影响。结果表明,在3.0 kV/mm的电场强度下,该芯片可在3 s内裂解大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、肺炎克雷伯氏菌、鼠伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌等多种细菌,并释放出核酸。提取的核酸无需纯化,可直接用于PCR检测。该芯片与实时荧光定量PCR联用检测细菌DNA的线性范围为10-18~10^(-10)mol/L,检出限低至4.2×10^(-18)mol/L。不同类型的细菌需根据其性质适当调整最佳裂解条件。该研究为病原体分析和细菌感染的医学诊断提供了一种简单、快速、高效且无化学试剂污染的核酸提取方法。

正极性直流电场对绝缘子雾凇覆冰的影响机理及覆冰试验验证

复杂大气环境下绝缘子覆冰是影响电网安全运行的关键科学问题。与交流相比,直流电场对荷电水滴具有较强的吸附作用,但鲜有研究涉及。基于场致荷电、流体力学和电磁学原理,对两种典型悬式绝缘子开展了电场-流场耦合仿真分析以及自然覆冰试验研究。结果表明,荷电水滴在直流电场中趋向于沿电场线运动,且其轨迹偏移量随着外施电压和水滴直径的增加而增大,而随着风速的增加而减小;直流电场下绝缘子表面产生冰树枝,不同绝缘子表面法向电场分量存在较大差异,进而影响冰树枝的生长特性;随着外施电压的升高,冰树枝逐渐从绝缘子伞裙边缘扩散至其表面,且冰树枝尖端逐渐变钝;带电情况下两种绝缘子覆冰量和覆冰长度大于不带电情况,且增长幅度均超过15%。研究结果对于建立带电绝缘子覆冰增长模型奠定了基础。

复杂运行条件下非均匀老化油纸绝缘典型电场变化特性

油纸绝缘作为变压器的主要绝缘部分,长期运行后变压器主绝缘发生的非均匀老化现象,在复杂运行条件下(环境温度、受潮情况,电压类型)将导致工况运行时主绝缘内的电场分布发生变化,因此明确工况运行下非均匀老化油纸绝缘内特征位点(最大场强处)电场的变化特性至关重要。通过开展不同老化、受潮程度油纸绝缘材料的介电参数测试,明确了老化后油纸绝缘材料的工频介电常数、直流电导率随着运行条件的变化规律,通过构建基于GA-BP神经网络的老化油纸绝缘材料介电参数模型,实现了非均匀老化油纸绝缘介电参数的多元非线性定量表征;同时考虑油浸纸板老化对油纸间水分平衡规律存在的影响,修正了非均匀老化油纸绝缘内的油纸水分分布,并根据典型非均匀老化主绝缘结构,构建了非均匀老化油纸绝缘典型电场分布模型;最后,考虑到当前特高压电网中,区别于普通交流变压器绝缘所承担的交流电压,换流变压器阀侧绕组承担的电压中含有较高的直流分量,导致其面对的更高的绝缘水平要求。通过分别设定两种外施电压,并在复杂运行条件下,针对不同非均匀老化阶段的油纸绝缘模型的典型电场分布进行仿真计算,揭示了非均匀老化油纸绝缘电场变化特性,明确了实际运行中应加以注意的运行工况,为变压器的运维策略提供了重要的理论支撑。

考虑温度梯度的高压直流GIL盆式绝缘子空间电荷仿真

在直流电压和温度梯度作用下,直流气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)中盆式绝缘子内部易积聚空间电荷,引起局部电场畸变。因此,研究直流电压下盆式绝缘子内空间电荷积聚特性,对提高直流GIL的绝缘性能具有重要意义。以直流GIL盆式绝缘子为研究对象,基于2维双极性载流子模型,建立了电-热-流-电荷多物理场耦合模型,研究了不同温度分布、不同电压等级和不同极性电压下盆式绝缘子内空间电荷分布特性和电场分布规律。仿真结果表明:仿真模型能够有效地模拟盆式绝缘子内空间电荷和电场分布,在盆式绝缘子工作条件下,空间电荷主要积聚在金属与绝缘材料界面处,最大电荷密度为156.59 mC/m^(3),在一定程度上造成设备内部电场畸变。绝缘子在复杂工况下的空间电荷仿真可以解决电力设备难以直接测量空间电荷分布的难题,研究方法和结果可为直流GIL的绝缘优化设计和可靠运行提供理论支撑。

超/特高压直流输电工作环境中纯铜部件点蚀行为

超/特高压输电是实现全球能源互联的核心技术。作为应用最广泛的输电系统导体材料,铜及铜合金的耐蚀性被重点关注。在超/特高压直流输电过程中,周围环境存在较大磁场,导致铜部件的服役环境与普通输电环境不同。采用动电位极化、电化学阻抗谱和元素分析等方法对纯铜在超/特高压环境下的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:在超/特高压环境下,纯铜在3.5%NaCl溶液(质量分数)中的极限扩散电流高于无磁场条件下的极限扩散电流,并且无磁场条件下的反应电阻比施加了0.1 T磁场条件下的反应电阻明显提高。结合电化学阻抗谱、X射线衍射及元素分析可知,0.1 T磁场会使纯铜的耐蚀性降低,主要腐蚀产物为氧化亚铜。

各向异性导热绝缘材料直流沿面闪络特性研究

电力设备逐渐向高功率化、小型化发展,设备发热愈发严重,局部高温不但会大大缩短介质的寿命,而且更易诱发直流沿面闪络。针对以上问题,该文采用片状Al_(2)O_(3)取向复合材料,通过合理设计电极位置使热量在电极间传导较慢,而在垂直电极方向传导较快,实现在输电导体发热时既能有效抑制直流沿面闪络,同时又能高效散热。针对输电导体发热时环氧树脂直流沿面闪络电压降低的问题,研究Al_(2)O_(3)取向复合树脂导热各向异性对其温度分布的影响,分析温度分布对Al_(2)O_(3)取向复合树脂表面电场分布的影响,研究定向导热Al_(2)O_(3)取向复合树脂在不同温度下的直流沿面闪络特性。研究表明,片状Al_(2)O_(3)取向方向与沿面闪络路径垂直时可抑制导体热量向地电极传输,从而减少阳极三结点处电场畸变,进而抑制直流沿面闪络。

高电场下直流绝缘子表面积污特性研究

绝缘子污秽闪络是电力系统的系统性灾难,是电网稳定运行的重大威胁。污秽的积聚过程是绝缘子污秽闪络的必要过程,而电场强度是影响绝缘子积污的重要因素。一般认为相同环境条件下,直流电场下的积污比交流更严重,并且污秽度会随着直流电压的升高而增加。然而,人工模拟积污试验结果表明,随着试验试品表面施加电压的升高,相同环境下,积聚在试品表面的污秽积聚量可能会达到饱和,甚至减小。为分析高场强下绝缘子表面积污规律,搭建小型积污环境模拟室,分析高直流电场下的绝缘子污秽度、上下表面积污比、带电/不带电积污比等随电场的变化。研究发现,当绝缘子的电场升高到一定程度时,伞裙表面污秽颗粒自身产生的电场会阻止绝缘子表面的继续积污。研究结果能够为绝缘子电场下的积污特性的研究提供参考。

基于FPCB绕组的导管泵用电动机设计及损耗分析

基于无槽无刷直流电动机具有体积小、功率密度高、无齿槽转矩的特点,采用柔性印刷电路板(FPCB)技术设计了一种导管泵用无槽无刷微型直流电动机,提出了基于3D多物理场耦合模型分析方法,对导管泵用无槽无刷微型直流电动机进行了损耗分析和优化设计.结果表明:导管泵用无槽无刷微型直流电动机的铜损占整个电动机损耗的88%左右,是导致电动机发热的主要原因;在温度场仿真中,温度变化会改变电动机损耗,影响电动机输出转矩;在流场仿真模型中,电动机温度会使人体血液温度升高,影响血液相容性;流动的血液会带走部分热量,降低电动机温度;绕组优化后的导管泵用电动机输出转矩得到提高,损耗得以降低.

XLPE电缆绝缘片晶周期性结构演变及其对电性能的影响

为了研究长期高温条件下高压直流电缆交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘片晶周期性结构演变对直流绝缘特性的影响,将500 kV直流XLPE电缆绝缘层的薄片试样置于135℃条件下加速热老化。采用小角X射线散射(small angle X-ray scattering,SAXS)和差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)分析热老化对组成球晶的片晶/无定形区过渡界面、片晶和片晶长周期结构的影响。同时,分析XLPE直流电导特性和击穿强度的变化。实验结果表明:片晶/无定形区界面厚度、片晶厚度、片晶长周期尺寸随着老化的进行先略微增大后逐渐减小,在老化336 h时出现最大值,这与电荷注入阈值场强和直流击穿强度具有相似的变化规律,而与载流子迁移率变化和片晶间无定形区尺寸的变化相反。基于陷阱控制的阈值场强变化和自由体积击穿理论,分析片晶周期性结构变化对直流击穿强度的影响。综合分析可知,经过短时间热老化有助于改善XLPE的片晶周期性结构,从而提升直流击穿强度。

直流偏磁对特高压交流变压器漏电感影响的分析

本文作者基于棱边有限元法建立了特高压变压器的时域场路耦合模型,通过对电路模型解耦,建立了自耦变压器的T型等效电路,求得其等效电感参数;通过对磁化曲线的修正,提高了电流的计算精度,得到更精确的直流偏磁下特高压变压器的求解结果。利用单相四柱式自耦变压器试验平台,验证了磁化曲线修正方法的可靠性。结合励磁电流、绕组电流曲线以及磁密曲线,对特高压变压器铁心饱和程度变化的原因进行分析,解释了一个周期内漏电感参数的变化规律;通过不同直流下电流曲线以及漏电感参数曲线的对比,研究了直流偏磁对漏电感参数的影响范围。

基于磁场探测的直流电流测量方法研究

通过测量磁场可间接测量电路的电流强度;为减小环境磁场对电流强度测量的干扰,基于磁通门磁强计提出了一种利用双探头测量减弱环境磁场影响的测量方案。按特定姿态把两个磁通门探头安装在合适的位置上,通过实验测试发现:2个探头磁感应强度的差值与待测电流强度呈现出很好的线性关系,通过该线性关系可由2个探头的磁场测量结果计算出待测电流强度。测试表明,该测量方案可有效消除环境磁场对电流强度测量的干扰,进一步提高电流测量精度。

一般条件下的电子自旋共振(ESR)理论

文中从数学的角度分析了dμz/dt=0在电子自旋共振(ESR)中的物理含义,把ESR理论由直流磁场推广到了交流磁场,而直流磁场下的ESR理论只是当交流磁场的频率为0时的一种特殊情况,从而建立了一般条件下的ESR理论和一般条件下实现ESR的方法。该理论的建立使得采用ESR原理研制的分析仪器省去了耗能大、重量重、造价高的直流磁场,仅采用原有的调制磁场便可实现ESR,从而大大降低了该分析仪器的体积、重量、耗能和成本,具有一定的理论研究和推广应用价值。

基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究

高压直流继电器体积小、散热能力有限,长期工作下存在局部过热的风险,发热严重时甚至影响到接触稳定性和继电器工作寿命。针对200 A直流继电器,综合考虑导体回路通电下欧姆损耗发热,在大空间的自然热对流、热传导以及热辐射、材料电阻率随温度变化等因素,建立继电器在额定工况下电-热流场双向耦合模型,设置电阻率随温度变化函数,进行耦合计算。最后,搭建对应的样机测温平台,对仿真正确性进行验证。结果表明双向耦合结果比单向耦合结果高约5.1%,与实验测量值误差小于6.2%,验证了电热流场双向耦合的有效性。