电磁感应/谐振无线输能的场-路混合仿真

针对电磁感应/谐振无线能量传输系统的效率计算,研究(电磁)场-(电)路混合仿真。将电磁感应/谐振无线能量传输系统划分为2部分:线圈耦合单元与电路单元。采用Comsol软件对线圈单元进行电磁仿真计算,得到线圈电感值及线圈间的耦合系数,将电感值及耦合系数带入Multisim软件进行电路仿真,得到系统总效率。混合仿真中电路单元不仅包括放大电路,还包括耦合线圈的等效电路模型,以此将耦合线圈和放大电路相互影响和匹配纳入仿真中。为检验场-路混合仿真准确度,设计和测试一套四线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统,其谐振频率为4.78 MHz、无线传能距离为40 cm。混合仿真得到该系统效率为98.8%,与测试得到系统效率96.9%吻合良好。

基于电磁感应自驱动传感器的呼吸率监测系统研究

呼吸率是呼吸功能的一个重要参数,实时监测呼吸率对发现和预防呼吸疾病有着重要意义。设计了一种基于电磁感应自驱动呼吸气流传感器的呼吸率监测系统,该系统将传感器置于口腔/鼻下通过监测呼吸气流的变化来监测人体的呼吸率。实验测得传感器在呼吸缓慢、呼吸正常、呼吸急促时周期分别为3.8,2.3,1.6 s,小于人呼吸周期时间(3~6 s),系统采用蓝牙通信技术传输数据,方便测试者移动。该系统实现了对人体呼吸率稳定、实时、准确的采集,为后续呼吸疾病的预防和诊断提供了一定的研究价值。

计及低电压穿越影响的感应电动机动态分群

随着新能源的大规模广泛并网,其对感应电动机动态等值建模的影响值得关注。该文提出了新能源电力系统中感应电动机动态分群新方法。分析了感应电动机与电网的交互作用,提出在现有基于感应电动机动态相似性分群的基础上,同时考虑机端电压动态相似性的分群可提高感应电动机动态等值精度。针对高比例新能源电力系统,研究发现感应电动机附近有新能源机组,且部分新能源机组在故障期间进入低电压穿越(LVRT)时,这些感应电动机动态特性具有显著差异。为此提出新能源电力系统中考虑感应电动机端口电压跌落深度的动态分群方法。算例分析表明,该文提出的兼顾感应电动机端口电压动态相似性以及端口电压跌落深度的分群方法具有较高的等值精度,且适应性强。

地磁感应电流多学科交叉研究进展

地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)是指地球变化磁场在地球表面导体中产生的感应电流,可对电网、油气管道、高铁等人造基础设施造成严重破坏,包括电力系统失效、通信干扰和电子设备损坏等,影响其稳定运行和功能。研究GIC的意义在于深入理解其产生机理及影响因素,为制定相应的预防和应对策略提供科学依据。论文在深入总结GIC研究进展的基础上,详细阐述了GIC的产生机理及影响因素,包括宇宙空间、地球环境和电力系统对GIC的影响;概述了GIC的研究现状,分别从空间物理、地球物理和电气工程领域对GIC进行了综合评述;进而详细介绍了GIC估算的步骤,包括地磁场数据与建模、地电场和导体中GIC的计算;并重点分析了不同地球物理参数对GIC估算结果的影响以及互相之间的差异;最后,对GIC研究面临的挑战、地球物理在相关问题解决中的潜在贡献以及研究未来进行展望。

10kV箱变改造为发电机转子护环感应加热电源的研究与应用

在某核电站汽轮发电机转子首次检修和绕组发生绝缘缺陷时,需要采用感应加热法拆除转子护环进行检查与处理。本文结合电站实际情况及护环拆装需求,经过分析与计算,按照最优的单绕组供电方案将工程建设期退役的10kV箱式变电站改造成拆装发电机转子护环所需的感应加热电源,并在两台百万千瓦级汽轮发电机的首次大修和转子绝缘缺陷处理中实现成功应用,有效保障了核电站发电机大修工期,节约了大修成本。

具有低开关频率的感应电机无传感器控制

着眼于传统低开关频率控制方法对无感磁链观测带来不利影响的问题,提出了一种具有低开关频率的感应电机无传感器控制方法.使用速度自适应滑模观测器与预测控制方法相结合,构成感应电机无传感器预测控制系统.其可以在较高采样频率下,有效降低开关频率,并保证系统具有较高的动态特性.同时,滑模思想的引入使观测器具有较强的鲁棒性.实验结果表明,所提出的低开关频率无传感器控制策略具有较高的控制精度和较强的抗干扰性能,研究的自适应滑模观测器在稳态和动态实验中均具有良好的观测精度,其中电流环响应时间可以达到1.52 ms,可以实现75 r·min^(–1)及以上转速范围内的稳定观测及运行,且系统最高平均开关频率保持在500 Hz上下,为较低的水平.

卧式反应釜电磁感应加热设计

针对大型反应釜的感应加热难以进行大量实验验证的问题,通过将理论计算与有限元仿真相结合的方式,对计算得出的参数进行优化,选择合适的输出功率和谐振频率,完成感应器的设计。通过仿真可以更好对比不同匝数、自热对流和搅拌轴对加热的影响,更直观地查看工件温度分布情况,缩小计算参数误差,实现反应釜加热的工艺要求。

感应电场对普鲁兰酶解玉米淀粉结构性能和体外消化的影响

以玉米淀粉为研究对象,探讨磁感应电场对普鲁兰酶水解淀粉结构性能和体外消化的影响。结果显示,经过酶解和感应电场的处理,改性后玉米淀粉颗粒出现大量孔洞,偏光十字模糊,结晶区1 047 cm-1/1 022 cm-1升高,1 022 cm-1/995 cm-1降低,相对结晶度随着感应电压的增加而增加。直链淀粉相对含量呈现先上升后下降的趋势,当感应电压为125 V时,直链淀粉相对含量高达98.61%。溶解度和膨胀度随着施加感应电压的增强先降低再增加,硬度和内聚力呈先增加后减少的趋势。原玉米淀粉和处理淀粉的黏性随剪切速率增加而迅速减少。储存模量和损耗模量与直链淀粉的含量有一定关系。当感应电压为125 V时抗性淀粉相对含量高达62.46%。体外消化水解率和血糖指数呈现先减少后增加的趋势。本研究可为感应电场在改性淀粉的生产和开发方面提供理论参考。

基于磁感的变压器和感应电机等效矢量磁路分析

电机学等传统电机理论对变压器和感应电机的工作机理分析多采用等效电路的方法,将实际磁量等效为电量来表示,在一定程度上让二者的分析变得复杂化。可是,传统磁路理论中仅有磁阻元件,难以定量表征磁通与磁动势之间存在的相位差和铁心中的损耗等,进而成为分析的瓶颈。为此,该文引入新的磁路参数——磁感,并利用磁阻和磁感双元件构成的矢量磁路理论,建立适用于变压器和感应电机分析的等效矢量磁路,推导了不同工况下的磁路方程,并以变压器为例,从磁路角度绘制了相量图。对变压器和感应电机在不同工况下的主要特性进行定量计算,通过实验结果验证了分析方法的有效性。相较于等效电路分析方法,该文所提的等效矢量磁路分析方法省去了匝数归算、频率归算等过程,因而概念清晰、计算简洁。该文研究不仅为电机等电磁装备的分析设计提供了全新的方法,而且有望推动《电机学》教材的改革,降低电机学相关内容的学习难度。

感应加热卷烟烟具用电磁屏蔽材料

本研究采用COMSOL有限元软件仿真能量转换效率随屏蔽材料磁导率的变化规律,结果表明,当μ″=0时,μ'越大,能量转换效率越高;当μ″≠0,则存在μ'与μ″的最佳匹配值。根据仿真结果,选取合适的屏蔽材料,在感应加热卷烟烟具保持谐振状态,且发热体温度满足要求的基础上,采用功率分析仪测试烟具1个工作循环的能耗。测试结果表明:在240~320 kHz频率范围内,采用铁氧体材料,μ'越高,效果越优。当μ'为220时,可将1个工作循环能耗由978.14 J降至833.40 J,能量转转效率提升14.80%。采用纳米晶材料,当μ=2064-j349时,性能最优,1个工作循环能耗可降至811.30 J,能量转换效率提升17.06%,随μ'及μ″的进一步提高,能耗逐渐增大,此规律与仿真结果一致。因此,通过合理选择电磁屏蔽材料可提高感应加热卷烟烟具的能量转换效率。

制浆造纸电磁感应加热压光机结构设计研究

压光整饰是制浆造纸过程中的重要工序,压光机作为制浆造纸工业中必不可少的纸张表面压光加工装置,其压光效果直接影响纸张的质量、应用和性能。对此,简述了传统制浆造纸压光机的弊端,介绍了电磁感应加热原理和电磁感应加热压光机的应用优势,设计了一种采用电磁感应加热方式的制浆造纸压光机,确定了压光机的总体结构和加热方案,并对压光机的加热线圈、加热辊筒、电机、轴承等关键部件进行设计与分析。以期开发节能高效的新型制浆造纸压光设备,使其应用领域更加广泛。

双绕组感应发电机交直流集成发电系统的自抗扰控制策略

针对双绕组感应发电机交直流集成发电系统,为实现简单易调、性能优越、负载适应力强的发电控制,该文提出一种基于线性自抗扰控制器的交直流电压控制策略,通过交流电压和直流电压与控制绕组和功率绕组的传递函数模型,构建交直流电压的线性扩张状态观测器,同时对交流电压有效值、直流电压和电压扰动进行观测,并利用电压和扰动观测值设计线性误差反馈控制律,对交直流电压进行控制。最后,通过仿真和实验验证该控制策略提高电压扰动抑制能力和负载适应性,同时各模块参数可独立设计、控制器结构简单,避免需要较多传感器及降低调参难度。

非理想运行条件下双馈感应发电机转矩脉动抑制方法综述

在非正弦和不平衡运行条件下,双馈感应发电机会面临显著的转矩脉动问题,严重威胁系统的安全稳定运行,因此有必要采取转矩脉动抑制措施。近些年,诸多学者针对该问题进行了广泛研究,并取得了一系列的科研成果,但鲜有对其进行总结归纳的文献。为此,该文首先介绍了双馈感应发电机系统结构,分析了非正弦和不平衡运行条件下转矩脉动成因,并明确了转矩脉动抑制的主要目标。其次,从硬件结构改进法和控制策略改进法两方面对现有技术方案进行归类总结,并从七个维度进行综合对比分析。最后,从软硬件协同抑制、参数鲁棒性提升、谐波损耗抑制和故障穿越四个方面对双馈感应发电机转矩脉动抑制方法的未来发展趋势进行了展望。

子午工程二期感应式磁力仪

地球的感应磁场是空间电流体系在地球内部感应而成的电流所产生的磁场.通过地球感应磁场的观测,既可以了解空间电流体系的信息,也可以了解地球内部电性结构等信息,是研究空间天气事件和地震圈层耦合机理的重要物理参量.子午工程在我国大陆和南极地区东经120°、100°和北纬30°、40°线附近布设呈“#”字型分布的多台(套)感应式磁力仪,开展固定、长期、连续的地球感应磁场测量.子午工程一期配置有14台(套)由乌克兰生产的LEMI-30型感应式磁力仪,自2009年开始观测,至今一直正常运行,并将与子午工程二期并网融合运行.子午工程二期将布设13台(套)感应式磁力仪,计划于2023年投入运行,与子午工程一期已布设设备共形成27台(套)的感应式磁力仪观测网.子午工程二期感应式磁力仪由我国自主研制,磁芯采用高磁导率的新型合金材料,通过采用多片叠加技术,有效聚集磁场,增强感应输出信号,提高传感器对微弱信号的拾取能力.研制方出厂测试、中国计量科学院测试以及在高淳地震台较长时间的实际观测,结果表明,子午工程二期采用的感应式磁力仪的频带范围宽,可达0.001~30 Hz,灵敏度高,分辨力达10 pT,长期运行稳定好.

群体感应在噬菌体与细菌交互中的核心作用

在微生物生态系统中,细菌与噬菌体之间的复杂互动如同一场微观战争,而群体感应(quorum sensing,QS)系统则是这场战争中的关键通信网络。本文综述了QS系统的基本机制、对细菌群体行为的调控作用及其在细菌与噬菌体互作中的重要性。细菌通过分泌和感知特定信号分子,利用QS系统调控群体行为和基因表达,以应对环境变化和密度压力。而噬菌体作为细菌的克星,其编码的蛋白或产物能够干扰宿主的QS系统,从而影响宿主行为,进而提高噬菌体的感染和传播效率。深入研究QS系统在微生物交互中的作用,不仅有助于揭示微生物战争的复杂机制,还能推动耐药菌防治和生物技术的发展。

电磁感应下分数阶神经网络动力学行为分析及应用

忆阻器可以用来模拟生物神经突触和描述电磁感应效应.为了探索电磁感应作用下异构神经网络的动力学行为,本文首先使用双局部有源忆阻器耦合一个Hindmarsh-Rose (HR)和两个FitzHugh-Nagumo (FN)神经元,构成忆阻电磁感应下分数阶异构神经网络.然后利用相图、分岔图、李雅普诺夫指数谱和吸引盆等动力学分析方法,对该网络进行数值研究.结果表明该神经网络表现出丰富的动力学行为,包括共存行为、反单调现象、瞬态混沌和放电行为等,为研究人脑放电行为提供支持,随后进一步利用时间反馈控制方法实现了双稳态的控制.最后,在嵌入式硬件平台上实现了该神经网络,验证了仿真结果的有效性.

高精度视觉感应技术在水肥一体机中的应用

以农田水肥智能化管理为研究对象,构建了一种高精度视觉感应式水肥一体机。采用高精度视觉感应技术获取作物生长状态参数图像,基于超像素图像分割技术,对复杂的作物生长状态图像特征向量进行提取,采用模糊聚类算法对图像进行分割处理,根据目标图像的像素值统计结果进行生长状态预测,并结合环境参数信息,构建灌溉过程土壤电导率EC和pH预测模型。测试结果表明:水肥一体机控制系统能够有效预测作物对水肥需求,提高了灌溉过程混肥精度,可节约灌溉用水量、提升生产效率、降低人工成本。

基于扩展卡尔曼滤波的直线感应电机速度观测

为解决在直线感应电机(linear induction motor,LIM)高性能闭环控制系统取消速度传感器后,速度闭环中缺少速度反馈信息问题,在考虑LIM边端效应前提下,实现了一种基于扩展卡尔曼滤波算法的速度观测器。首先,基于考虑边端效应的三相LIM数学模型,推导出具有合适增益和协方差更新矩阵的扩展卡尔曼滤波观测器,并基于LIM的矢量控制系统,将观测器辨识的速度参数反馈到速度闭环系统中。然后,在Simulink中搭建带有速度观测器的LIM矢量控制系统模型,对观测器的辨识速度和电机实际速度进行对比。结果表明,利用辨识速度进行闭环控制可以保证系统稳定运行。在3种负载情况下,观测器的预测速度和实际速度之间的误差在0.51%~2.34%之间。对系统多种动态性能进行分析可知,基于扩展卡尔曼滤波观测器的LIM矢量控制系统,随着负载增大,预测速度的误差增大,推力误差减小,磁链幅值误差略微增大。因此,在考虑边端效应情况下,基于扩展卡尔曼滤波的观测器可以代替速度传感器实现空载和带载时的三相LIM控制。

基于超扭曲滑模的双定子绕组感应电机转速磁通控制

针对双定子绕组感应电机DSWIMs(dual-stator winding induction machines)在传统直接转矩和磁通控制下转矩、磁通和电流纹波大,在低速下控制磁通难度大、噪声大等问题,提出1种基于超扭曲滑模控制器STSMC(super twisting sliding mode controller)的DSWIMs新型转速和磁通直接控制方法。通过设计满足李雅普诺夫稳定条件的有限时间收敛误差为0的非线性控制器,提出1种DSWIMs新型转矩分配算法,可使DSWIMs在较宽的转速范围内运行,并包括零转速,所需电磁转矩由2组绕组根据其额定功率提供。此外,针对DSWIMs设计了1种基于滑模控制的全阶观测器,能够高精度地估计绕组磁通、磁通角和转子转速,以实现最优磁通状态。最后,在1个3.3 kWDSWIM驱动系统上进行实验测试,评估所提DSWIM控制方案的性能,实验结果证明了所提控制方法、转矩分配算法和全阶观测器在不同速度区域的有效性。

矩形边界限定形式的感应电机低开关频率预测控制研究

圆形边界限定形式预测控制对电流畸变的限定在各方向均相同,无法通过增大边界圆半径进一步降低开关频率。因此,该文提出一种矩形边界限定形式的预测控制方法。首先,深入分析感应电机数学模型,发现感应电机转子子系统的低通物理特性,以及励磁电流波动对电磁转矩的影响不显著;其次,利用该特性,将限定边界改为矩形,对转矩电流与励磁电流进行独立约束,适度增加励磁电流畸变允许限值,扩大电流轨迹运动范围,延长开关状态切换时长;再次,探究电流矢量梯度同边界约束间的数学关系,提出该方法下电压矢量筛选与寻优准则,筛选出最优矢量;最终,进行实验对比。实验结果证明,在相同系统动态特性和转矩波动下,相较于圆形边界限定策略,矩形边界限定策略可以进一步降低开关频率。