Axial Shock in a Cylindrical Plasma with Current

Hugoniot relations of a two-dimensional axial shock with current and magnetic field in a cylindrical shock tube were investigated by a numerical method. The radial profiles of the magnetic field, electric current, pressures, flow velocities and temperatures between the up- and down-stream radial force-balanced plasma of the shock were revealed by numerical analysis. It is clearly found that the axial shock can lead to two effects： one is an inverse skin effect （i.e., the current density rises towards the center of the conductor）, the another is a reversed current effect which occurs near the edge and about a half radius. It is also found that the radial gradient of pressure, density and temperature all become very large near the center due to the axial shock.

高速永磁电机铁耗精确计算两项式模型

基于分段带补偿项的铁耗计算方法,本文提出了一种适用于高速永磁电机铁耗精确计算的两项式数学模型。通过结合高速电机运行特性对频率和磁密区间进行双重划分,在Jordan损耗分离模型的基础上引入涡流及磁滞损耗补偿项考虑磁饱和、局部磁滞回环及涡流趋肤效应等非线性因素对硅钢片单位损耗特性的影响。该模型新增参数均为随频率和磁密变化的分段常函数,通过L-M算法拟合求解,在减小计算量的同时明确反映铁磁材料非线性对铁耗计算的影响,实现铁耗精确计算。最后,以某高速电机用硅钢片35SWH1900为例,对比了本文所提模型与Jordan损耗分离模型在单位损耗上的计算误差,实验结果表明所提模型计算误差基本在15%以内,能够有效提升高速永磁电机铁耗的计算精度。

中压输电线路1 kHz高频融冰优化分析

中压输电线路冬季覆冰范围广,由于线路长度较短,采用直流和工频交流融冰困难,导致断线、倒杆和冰闪跳闸事故频发。本文提出在中压输电线路采用1 kHz高频融冰的方法,分析了不同高频融冰接线方式、线路分布参数以及无功补偿对融冰效果的影响及其可行性。以LGJ-240/30导线为例,在频率1 kHz电流762 A作用下,融冰仿真实验结果表明,对于较短线路,在线路长度不超过36.3 km时,融冰时间受分布参数的影响产生的差值小于1%,可以忽略不计;结合10 kV线路绝缘耐压水平,采用频率1 kHz的交流融冰适合于供电半径小于5 km的短线路,且应采用三相短路的融冰接线方式和分段串联电容补偿措施,可满足线路绝缘水平,有效降低融冰电压和融冰电源的容量。

考虑趋肤效应的数值法计算变压器绕组扁导线涡流损耗方法

本文作者简述了变压器绕组扁导线涡流损耗计算公式的推导过程,以及计算公式中是否考虑绕组导体中的的趋肤效应对计算结果的影响。通过一台出口干式变压器产品的真实设计案例,来对比国内与国外涡流损耗值的计算区别。

有限元法计算交联电缆涡流损耗

电力电缆的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗是影响电缆群温度场分布和电缆载流量确定的重要因素。为确定电缆运行中的损耗,在考虑趋肤效应和邻近效应的基础上,利用有限元法对电缆群不同排列方式和接地方式下的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗进行了计算。计算结果表明,导体交流损耗随回路数增多、电缆间距减小而增大,金属屏蔽层损耗随回路数增多而增大,与电缆间距的关系与接地方式有关,单端接地时,金属屏蔽层损耗随间距增大而减小,双端接地时,金属屏蔽层损耗随间距增大而增大。

被动电磁装甲对金属射流的电流作用特性

为进一步明确被动电磁装甲防护机理,对金属射流的电流作用特性进行了研究。在等效电路模型基础上,分析了脉冲电流的时频特性,提出一种基于频域分析的脉冲电流趋肤效应分析方法。得到了射流内不同时刻的电流密度分布计算方法,研究了放电过程中电流趋肤深度随时间变化的规律。通过与仿真分析结果的比较,给出了计算误差,验证了该分析方法的正确性。最后,根据作用时间模型分析了射流微元所受电流作用的特性。结果表明,脉冲电流具有较宽的频域分布,其电流密度分布不同于单一频率的时谐电流,并非所有时刻电流密度都随深度增加而减小,在脉冲下降沿会出现导体表面的电流密度小于内部电流密度的现象。而脉冲电流对金属射流的作用主要集中在速度小于4km/s的射流尾部,而且越靠近表面的单元受到的作用强度越大。上述研究为被动电磁装甲的优化提供了研究基础。

有限公式法二维涡流场计算技术及其在电机集肤效应计算中的应用

有限公式法是基于全局量的电磁场数值计算方法,用代数方程取代微分和积分方程描述电磁场物理规律,具有物理意义明确,计算过程简单等优点。该文扼要介绍了有限公式的理论体系和应用现状,阐明了全局物理变量与原空间和映射空间元素的关系;采用基于正弦时变电磁场的复数模型,详细推导了有限公式法二维涡流电磁场的计算公式;并研究推导出了有限公式理论中二类齐次边界条件和非齐次条件的处理方法。结合电机工程中的具体实例,计算了鼠笼电机转子导条的集肤效应,通过与有限元计算结果的对比,验证了方法的正确性。该文的工作,丰富和完善了有限公式理论在涡流场方面的计算技术为在其他工程问题上的进一步应用打下了基础。

被动电装甲高功率脉冲电路参数特性分析

为了获得被动电装甲作用于射流的最佳电流波形,研究了电感、电阻、电容及充电电压对被动电装甲放电电流波形的影响规律。在此基础上,重点研究了装甲结构变化对电感的影响及在脉冲电流作用下射流电感、电阻的变化规律。首先在稳态条件下,利用电感经验计算公式计算,得到了影响装甲结构电感的主要因素为装甲板间距与装甲板宽度的比值;接着本文首次考虑脉冲电流通过铜射流时产生的趋肤效应(电流上升)及反趋肤效应(电流下降)对电阻和电感的影响,基于能量原理,利用计算得到的射流上的电流分布,得出了一种等效电阻电感的计算方法,并对直径4 mm的射流进行了计算。结果表明:射流的电阻突然增大后又很快趋于稳态电流作用下的电阻值,而电感突然减低后又很快增大至稳态电流作用下电感的1.8%;最后通过测试实验证实了计算方法的正确性。结论认为:在能量一定的情况下,增大电压比增大电容更有利于提高脉冲电流的梯度和峰值;在装甲板距离一定的情况下,应尽量增加装甲板宽度以减小装甲板结构的电感;趋肤效应有利于减小整个系统的电感,获得更大的电流梯度。

基于解析法的电磁发射弹丸内膛磁场分布特性分析

电磁轨道发射装置膛内的磁场分布特性对制导弹丸的器件布局设计非常重要。对电磁轨道发射装置膛内的强磁场环境进行了分析,基于毕奥-萨伐尔定律推导了考虑弹丸运动位移和电流趋肤深度下膛内磁场的计算公式。通过时谐分析方法并采用数据拟合的方式得到了电感梯度与电流频率和弹丸运动位移的函数关系,用以分析弹丸的内弹道运动特性。采用时频分析方法得到了电流趋肤深度随时间的变化关系,从而建立了弹丸中轴线磁场分布特性求解的三维解析计算模型。以实验室的电磁发射装置为例,采用试验电流数据作为输入,对内膛弹丸处磁场分布特性进行解析计算。结果表明:弹丸中轴线的磁感应频率在450 Hz以下,磁感应强度峰值达到0.4 T,并沿弹丸长度方向迅速衰减,100 mm处的磁场基本降为0.利用磁探针的测试数据验证了理论计算模型的正确性。

±500kV电子式直流电流互感器集肤效应分析

介绍了用于高压直流电流测量的电子式直流电流互感器,针对其中关键部分——分流器,深入分析了集肤效应的影响。正常情况下在高压直流线路中,流过分流器的电流为直流,但过渡过程及不可避免的干扰会产生一定的谐波电流,由此引起的集肤效应可能会对测量和保护产生影响。本文在理论分析的基础上,结合自行研制的样机和贵州—广州±500kV线路采用的西门子公司的直流电流互感器及其实际挂网试验证明:采用鼠笼结构的分流器,3kHz以下的谐波电流,其集肤效应不会对测量和保护产生影响;对3kHz以上的谐波电流,分流器的集肤效应影响大,必须严格控制谐波电流以保证分流器的性能,同时可在二次电路中进行滤波处理以保证测量和保护的准确性。

基于ThermNet和MagNet的水轮发电机端部电磁、温度场仿真研究

应用有限元仿真软件MagNet和ThermNet对某一100MW水轮发电机端部电磁、温度耦合场进行了仿真研究。主要工作包括:三维建模、三维复杂导体剖分中的"大尺度差别"问题的处理方法,以及MagNet和ThermNet商用软件的具体实施步骤和过程。最后,给出了模型样机涡流场、温度场的数值计算结果。

变压器束绞圆导线线圈中涡流损耗的研究

在考虑集肤效应和邻近效应的前提下 ,计算了电缆绕组变压器线圈的涡流损耗。首次提出了集肤效应损耗系数和邻近效应损耗分裂导线系数概念 ,并通过一定的数据样本拟合了这两个系数的多项式表达式 ,用该表达式计算了某一三相电缆绕组变压器线圈的涡流损耗。

矩形横截面导体内衰减振荡电流脉冲的趋肤效应

为了优化设计导通电流脉冲的工件以及制定电流脉冲处理材料的工艺方案,研究电流脉冲通过时电流密度、电磁场等物理量在导体内部的分布情况.根据Maxwell方程组,推导出振荡衰减电流脉冲通过矩形截面金属导体时,电场强度、电流密度、磁感应强度、电磁能密度和Maxwell应力张量在横截面分布的解析解.以电容放电通过碳钢板状试样为例,计算相关物理量的分布情况.结果表明,电流、电磁场的分布存在明显的趋肤效应,表面处的数值远远大于心部,主要分布在距离表面深度不大于趋肤深度的表层区域.电场强度、电流密度、磁感应强度、电磁能密度和Maxwell应力张量都呈现出振荡衰减的变化趋势.通过电流脉冲对45碳钢横截面碳原子作用的不均匀现象验证了趋肤效应的存在.

导线临界防冰电流及其影响因素分析

导线覆冰是影响输电线路安全运行的主要问题之一,基于焦耳热效应的临界电流防冰方法可行且有效。为此,基于焦耳热效应和导线在临界覆冰状态下的传热过程,并考虑了集肤效应、导线几何外形及其表面水膜对传热过程的影响,建立了临界防冰电流模型,其计算结果与人工气候室试验结果符合。另外,还研究了在覆冰环境下,导线直径及几何外形、环境温度、风速、液态水含量(LWC)、中值体积直径(MVD)对输电线路临界防冰电流的影响。仿真结果表明,临界防冰电流随温度的降低或风速的增加而迅速增大,随LWC的增大或MVD在0～100μm区间增大而缓慢增大,而当MVD>100μm时,临界防冰电流无明显变化。

基于电磁-热耦合模型的架空导线温度分布和径向温差的计算与实验验证

为了得到架空导线的径向温度场分布,以LGJ240/30 mm^2导线为例,建立了架空线径向截面电磁-温度耦合场控制方程,采用有限元分析软件,对导线截面电磁场分布以及温度分布进行迭代计算。基于计算结果,探究了电流密度分布以及径向温度分布的规律和成因。通过设计并搭建室内大电流实验平台,对仿真计算结果进行了验证。在自然对流情况下,导线钢芯温度、铝层温度以及铝层表面温度平均误差仅为1.72%。结合IEEE Std 738-2012自然对流下径向温差经验公式,比较了所建模型的准确度。对比结果表明:计算导线径向温差时,考虑集肤效应的热源分布以及空气间隙的热传导作用,计算结果误差较小。

轴承内环感应加热拆卸器的研制及其有限元仿真

在理论分析的基础上,研制了基于工频感应加热技术的轴承内环感应拆卸器。通过ANSYS有限元软件,构建了感应拆卸器的基本模型。对感应加热过程中拆卸器内的电磁场和工件内的温度场进行了计算机仿真,得出了磁场强度和温度的分布规律及温度对时间历程的变化规律。仿真结果不仅证明了涡流集肤效应的存在,而且通过对拆卸器磁场和温度场的有限元耦合分析,获得了轴承内环拆卸器的设计参数。通过对轴承内环感应加热温度的测试实验,证明了计算机仿真的正确性。

电磁发射弹丸内膛磁场分布特性的影响因素分析

针对电磁轨道发射装置内膛的强磁场环境进行了分析,并通过建立有限元仿真模型,对影响弹丸中轴线的磁场分布特性的影响因素进行了仿真分析。结果表明:弹体的弹壳厚度越大,弹体上产生的涡流越强,导致中轴线上磁感应强度越小;在输入电流的平流段,随着时间的推移,电流逐渐趋于均匀分布,趋肤深度越大,磁感应强度越大;上升段输入电流频率ω越大,磁感应强度越大;内膛磁感应强度随弹丸长度方向迅速衰减,600mm处的磁场基本降为0。

基于小波变换的地铁远方短路电流分析

本文首先讨论地铁直流侧远方短路故障的现有保护方案 ,指出现有的基于电流变化率方法难以躲开机车起动电流。文中根据远方短路故障电流受铁轨集肤效应的影响而具有不断变化的时间常数的特点 ,提出一种使用连续墨西哥草帽小波来提取该短路电流的暂态特征的新方法 ,从而有效避开机车起动电流。仿真结果证明了所提方法的有效性。

似稳条件下导体圆柱面内的涡电流分布的求解

通过求解麦克斯韦方程组 ,获得似稳条件下导体圆柱面内的涡电流分布的严格数学解 ,并获得低频和高频情况下涡电流 ,涡旋电磁场的近似解 ,进而求出了趋肤效应的穿透深度δ。

非正弦负载电流下特高压换流变压器绕组的谐波损耗分析

以一台型号为ZZDFPZ-340800/500-800的特高压换流变压器为研究对象,分别采用时域分析法和频域分析法对换流变压器在非正弦负载电流作用下绕组的损耗进行计算,得到绕组损耗的详细分布情况,并对这2种方法进行对比分析,得知频域分析法更适用于实际设计。针对GB/T18494.2-2007和IEC-61378标准在计算绕组各次谐波损耗时未考虑不同频率下集肤深度不同的缺点,引入一个谐波损耗因子对其进行修正,获得更加准确的结果值。以修正后的结果值作为变压器设计时的损耗评估保证基准值,可以降低换流变压器的制造成本。