MICROSTRUCTURE AND MACROSEGREGATION OF Al-7%Si ALLOY SOLIDIFIED UNDER COMPLEX EFFECTS OF ELECTROMAGNETIC AND CENTRIFUGAL FORCES

Macrosegregations and microstructures of Al-7%Si alloy solidified under complex of fects of magnetic field and centrifugal forces are studied by means of a set of selfdesigned electromagnetic centrifugal casting (EMCC) device. It is shown that electromagnetic field (EMF) has an important effect on the macrosegregation of centrifugal casting specimen of Al-7%Si alloy in two respects: one is that there exists always a kind of convection in the liquid in front of the S/L interface caused by effect ofthe electromagnetic force; the other is that different atomic clusters of solidparticles with different physical characteristics are subjected to quite different electromagnetic (Lorentz) force. Therefore, their movements get changed. In addition, the formation process of a complex band structure consisting of primary α-Al dendrites and (α-Al+β-Si) eutectics in hypoeutectic Al-Si alloys during EMCC and the effect of EMF are discussed.

一种改进型EMF谐波自适应补偿的PMSG无位置传感器控制方法

提出一种改进型反电动势谐波自适应补偿的PMSG无位置传感器控制方法,该方法在滑模观测器SMO(sliding model observer)的基础上引入自适应广义二阶积分器SOGI(second order generalized integrator),减小了反电动势观测中谐波对转子位置的影响,提高了转子位置估计的准确性。由于电机参数的变化和变换器的非线性,在无位置传感器控制算法中含有大量的5、7、11次等低次谐波。使用自适应SOGI取代低通滤波器,对基频信号进行提取,一方面减小了低频谐波含量,从而减小了由低频谐波引起的转子位置估计偏差,同时消除了由滤波延时引起的相位偏差;另一方面提高了系统的跟踪性能,使得相位误差收敛于0。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。

EMF方法分析波导中二极管栅格的等效阻抗

二极管栅格阵列属于波束控制阵列,通过外加控制来改变波束的幅值和相位,可以应用于波束开关、移相器、倍频器及功率合成器等多种微波电路和器件中。文中采用感应电动势(EMF)方法,给出了二极管栅格阵列的单元等效电路,计算出等效阻抗。结果与实测情况较为吻合。

EMF Waveform Optimization using the Permanent Magnet Volume-Integration Method

The emf expression can be derived with the PM volume-integration method,allowing easier optimization and prediction of the emf harmonic content.An analytical expression is developed for predicting the electromotive force(emf)waveforms and flux linkage resulting from the motion of permanent magnets(PM)in the case of two cylinders,where the outer cylinder carries a surface-mounted winding and the inner cylinder carries the PMs.The expressions are based on the PM Volume-Integration Method,which uses a volume integral calculated over the magnet volume,rather than the usual surface integral over the coil surface.The specific case of surface-mounted arc PM with radial magnetization is analyzed.An outer cylinder with infinitely thin winding distribution on its inner surface is considered.The chording factor,slot factor and spread factor are included in the analytical expression.The emf waveform and related harmonics are predicted analytically and validated by comparing with a finite element analysis and with experiment.

A New Processing Method for the Nonlinear Signals Produced by Electromagnetic Flowmeters in Conditions of Pipe Partial Filling

When a pipe is partially filled with a given working liquid,the relationship between the electromotive force(EMF)measured by the sensor(flowmeter)and the average velocity is nonlinear and non-monotonic.This relationship varies with the inclination of the pipe,the fluid density,the pipe wall friction coefficient,and other factors.Therefore,existing measurement methods cannot meet the accuracy requirements of many industrial applications.In this study,a new processing method is proposed by which the flow rate can be measured with an ordinary electromagnetic flowmeter even if the pipe is only partially filled.First,a B-spline curve fitting method is applied to a limited set of measurements.Second,matrix inversion required in the B-spline curve method is optimized in order to reduce the number of needed computations.Dedicated experimental tests prove that the proposed method can effectively measure the average flow velocity of the fluid.When the fluid level of the pipeline is between 50%and 100%,the relative error is less than 3.5%.

不同相移角度绕组对双三相永磁同步电机电磁性能的影响分析

由于双三相永磁同步电机两套三相绕组之间可采用不同相移角度,以一台24槽22极双三相永磁同步电机为例,分析了相移角度对电机性能的影响规律.首先,基于各槽绕组磁动势间的相位关系,推导了在采用单层绕组和双层绕组时,两套三相绕组之间可行的空间相移角度,即0°、15°和30°,并对比分析了不同空间相移角度绕组产生的电枢磁动势频谱;然后,结合电枢磁动势谐波和电机电磁性能之间的关系,通过有限元仿真,验证了0°、15°和30°相移角度的绕组拓扑对不平衡磁拉力、反电势、平均转矩和转矩脉动等电磁性能的影响规律;最后,制作了2台单层和双层空间相移30°绕组的样机,并通过实验验证了理论和有限元仿真分析的正确性.结果表明:空间相移0°存在明显的不平衡磁拉力;空间相移30°电机平均转矩最大,转矩脉动最小.

Transient Characteristics and Quantitative Analysis of Electromotive Force for DFIG-based Wind Turbines during Grid Faults

For doubly-fed induction generator(DFIG)-based wind turbines(WTs),various advanced control schemes have been proposed to achieve the low voltage ride through(LVRT)capability,whose parameters design is significantly reliant on the rotor electromotive force(EMF)of DFIG-based WTs.However,the influence of the rotor current on EMF is usually ignored in existing studies,which cannot fully reflect the transient characteristics of EMF.To tackle with this issue,this study presents a comprehensive and quantitative analysis of EMF during grid faults considering various control modes.First,the DFIG model under grid faults is established.Subsequently,the transient characteristics of EMF are analyzed under different control modes(that is,rotor open-circuit and connected to converter).Furthermore,the EMF transient eigenvolumes(that is,accessorial resistance item,transient decay time constant,and frequency offset)are quantitatively analyzed with the typical parameters of MW-level DFIG-based WT.The analysis results contribute to the design of the LVRT control scheme.Finally,the analysis is validated by the hardware-in-the-loop experiments.

一种使用重叠换相法的无刷直流电机平均转矩控制

提出一种使用重叠换相的平均转矩控制,这种方法可以同时抑制无刷直流电机由反电势畸变和换相引起的转矩脉动。平均转矩控制将每个开关周期内的平均转矩作为控制变量,在每个开关周期内使其等于给定量,因此可以抑制由反电势畸变引起的转矩脉动。而对于换相转矩脉动,该方法结合重叠换相法,对高速时的转矩跌落进行补偿,其中重叠角度通过检测关断相电流的过零点来实现。文中提出的控制方法能够适用不同反电势的无刷直流电机,具有通用性强,控制简单的特点。仿真和实验都验证了这种方法可以有效抑制无刷直流电机由反电势畸变和换相引起的转矩脉动。

铁路10kV三相电力电缆接地短路电流对通信信号电缆的电磁影响

通过ATP-EMTP软件仿真计算和实验室模拟试验,研究铁路10 kV三相电力电缆短路电流对通信信号电缆的电磁影响。结果表明:电力电缆单相接地短路电流随着电力电缆长度的增加呈线性递增关系,而两相接地短路电流的大小与电缆屏蔽层接地电阻和供电变压器电源容量有关;电力电缆接地短路电流在通信信号电缆上产生感应电动势的大小取决于电力电缆和通信信号电缆平行铺设的长度、电缆间距、接地方式及电流的大小;电力电缆发生单相和两相接地短路故障时会在通信信号电缆上产生较大幅值的感应电动势,随着电缆间距的增大,感应电动势逐渐减小;通信信号电缆屏蔽层经综合地线接地比屏蔽层两端经接地装置接地时的感应电动势要大。根据仿真计算和实验室模拟结果,给出在电力电缆发生短路故障时,在屏蔽层不同接地方式、不同接地电阻、不同电缆间距时通信信号电缆最大铺设长度与电缆间距的关系。

新型永磁体外置式直线振动发电机性能研究

设计了一种新型圆筒式直线振动发电机,采用永磁体外置式结构,绕组和铁心放置在内侧,利用永磁体的振动产生感应电动势,该型发电机可以为小型设备提供低压直流电源.基于常规永磁体内置式振动发电机尺寸,设计了一款永磁体外置式发电机样机,并采用二维有限元方法对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统分析,得到了感应电动势的变化曲线.样机实验结果和有限元分析结果吻合良好,该型发电机与现有的永磁体内置式发电机相比,效率高,永磁体用量少,去磁效应小,电机性能稳定.当2种发电机均以1 m/s速度运行时,永磁体外置式直线振动发电机的空载感应电动势幅值比永磁体内置式发电机高0.6 V左右,效率提高了约1.64%.

悬浮转子式微陀螺的反电动势转速检测

根据液浮转子式微陀螺闭环驱动系统对转子转速测量的需求,提出了一种适用于悬浮转子式微陀螺的反电动势转速检测方法。根据楞次定律,永磁转子在附有检测线圈的定子中转动时,会切割磁感线感应出反电动势。对反电动势信号进行分析,即可测得转子的转速。由于检测线圈与驱动线圈共用定子铁芯,这种检测方法在降低定子结构复杂度的同时,也引入了矩形波驱动信号带来的毛刺干扰。干扰信号经过模拟低通滤波器衰减后,通过模数转换器转换为数字信号。该信号通过单片机上运行的过零检测算法处理后,即可得到当前转子的转速。测试结果表明,该转速检测系统在刷新率为4Hz、转速达到5 000r/min以上时,测量值的相对误差在0.3%以内,其非线性误差为0.41%,能够满足对悬浮转子式微陀螺转速进行检测的要求。

一个感应电流电阻抗断层成像的数据采集系统

感应电流电阻抗断层成像(ICEIT)是电阻抗断层成像的一个分支。我们设计并实现了一个基于物理模型的32电极高精度ICEIT数据采集硬件系统。提出了一种新的有效抑制电极引线回路中附加感生电动势的方法。通过采用双引线电极和垂直引线技术,使引线回路中的附加感生电动势降低为未采用前的10%,提高了系统的总体精度。对硬件系统的测量结果表明,对测得的数据经1000次叠加后测量精度优于0.5%。采用重建算法对基于物理模型的测量数据进行图像重构,得到了较为理想的成像结果。

海底瞬变电磁探测技术的装置参数研究及实验

可控源时间域电磁法应用在海底探测,需要确定装置参数,通过实验和理论计算确定了发射频率的最大值;分析了发射线圈的电性对发射电流后沿的影响,确定了作为发射线圈的导线的时间常数应尽量小;对接收线圈的参数及过渡过程进行了理论分析和室内模型实验,理论计算了接收线圈电路模型在发射电流斜阶跃下降和关断后在欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的一次感应电动势解的情况,确定了采用并联匹配电阻消除振荡的方法,并依据所分析的装置参数设计实施了海上实验,探测出海底低阻体的准确位置。

永磁同步电动机伺服系统电流环优化设计

介绍了永磁同步电动机矢量控制原理和伺服系统的硬件结构。为构成高性能的伺服系统,设计了电流环调节器的形式并选择了合适的参数。针对电机电枢反电势使电机在高速时出现电流环性能变差的问题,在PWM调制器中采用过调制技术,使实际电流能准确快速跟踪给定电流。实验和仿真结果表明,所设计的电流环性能较好,并且经过补偿后的系统是稳定的。所采取的过调制技术能有效地抑制反电势的影响,提高和改善电流环的性能,为实现高性能永磁同步伺服系统奠定了基础。

基于动态容值修正的混合型超级电容器SOC估计

作为大规模储能系统的重要组成,混合型超级电容器的荷电状态(state of charge,SOC)估计是能量管理系统必不可少的部分。该文提出一种基于动态容值修正的超级电容器SOC预估方法。首先,利用参数辨识方法求解超级电容器实时电动势,定义不同初始电压放电至相同终止电压的容值为动态容值。其次,设计不同温度、不同电流倍率的实验得到超级电容器不同工况下特性。再次,建立基于动态容值修正的全工况预测模型,修正电动势归一化和电荷再分配现象导致的SOC估计的误差。最后,通过多个温度下的随机变电流放电实验数据,将基于动态容值修正的SOC估计值和电流Ah积分法得到的SOC参考值进行对比,证明该SOC估计方法的准确性。

磁悬浮列车中直线发电机感应电动势的计算

对磁悬浮列车中,利用气隙磁场的一阶、二阶齿谐波发电的直线发电机进行了理论分析,导出了直线发电机电枢绕组在两种连接方案下感应电动势瞬时值的表达式,继而导出了满足一阶齿谐波感应电动势同相位的条件,为磁悬浮列车中的直线发电机的设计提供了理论依据。

基于线反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制

提出了基于线反电动势的转子位置检测策略,以实现无刷直流电机的无位置传感器控制。通过分析无刷直流电机线反电动势与换相时刻对应关系,得出线反电动势过零时刻即为换相时刻的结论。然后,检测两路线电压和相电流并计算得到线反电动势,进而重新安排换相条件来给出六个换相时刻。在此基础上通过分析线反电动势的计算值与换相时刻的对应关系,采用相移补偿策略来补偿由于滤波引起的误差。相比于相反电动势法,系统减少了一路信号检测电路,不需要移相。仿真和实验结果显示该策略能够准确地给出换相时刻,避免了传统反电动势法在移相过程中带来的误差。

无位置传感器无刷直流电机闭环三段式启动策略

针对无位置传感器无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)启动问题,提出了一种转子初始位置精准预定位与加速过程中优化定位相结合的闭环三段式启动策略。在电机绕组中施加短时间脉冲电压矢量,通过检测直流母线电流可以将转子位置锁定在60°电度角范围内,在此基础上通过向指定绕组通电与检测电流比较阈值完成转子精准预定位。预定位后进入优化定位与加速阶段,此时电流比较阈值作为换相条件,保证转子在加速过程中准确换相,当转速达到一定值时系统切换到反电势运行状态(back electro-motive-force,EMF)。实验结果表明,提出的三段式闭环启动方法无需传感器、成本低、可靠性高,能保证系统在整个启动过程中均处于闭环工作状态,不会出现失步或启动失败现象。

新型永磁开关磁链电机

分析设计两种具有结构简单、转矩密度高等优点的新型三相永磁开关磁链电机,并利用二维有限元软件分析电机几何形状对反电动势波形、齿槽定位转矩和径向不平衡力等因素的影响,并以此为基础进行优化设计。

电磁力体积力效应对AA5052板材动态成形性的影响

为揭示板材磁脉冲成形的增塑机制,通过设计有/无驱动片作用下的磁脉冲成形工艺方案,对比体积力和面力加载条件下的AA5052板材的平面应变成形极限问题,研究了电磁力体积力效应对材料动态成形性的影响。结果表明,板坯磁脉冲动态成形时,脉冲电磁力体积力的作用形式有助于分散变形,提高板坯的整体塑性水平。随着变形速率的增加,体积力的作用效果更加显著,板坯极限变形能力提高。