综合实验试题C:永磁铁通过金属管所产生的涡旋电流损耗功率及累计损耗测量

第9届全国大学生物理实验竞赛珠海赛区综合实验试题C为测量永磁铁通过金属管所产生的涡旋电流损耗功率及累计损耗.选手需设计并搭建光电门测量装置,测量磁铁下落速度,计算出能量损耗.本文给出了详细的试题设计和参考解答,并结合选手成绩和竞赛调研的统计结果,分析出选手的知识薄弱点和不足能力,为大学物理实验的教学与改革提供参考.

高温超导YBCO带材的交流传输电流损耗测量

文中对不同频率不同幅值的交变电流下高温超导体YBCO带材的交流传输损耗进行了实验研究。实验在77K下,对Superpower公司生产的SCS4050型号带材采用电测法通过锁相放大器进行了交流损耗值的测量,并将其工作电流为50Hz时的测量结果与Norris矩形模型估算值进行了对比,同时也给出了15Hz到300Hz不同频率下交流损耗测量结果的比较分析。

笼型双斜槽转子感应电机的横向电流损耗分析

笼型斜槽转子中的横向电流损耗是附加损耗中不可忽略的成分。为简化绝缘处理等额外工序削弱横向电流损耗,提出一种改变传统斜槽转子结构的效率优化策略。以典型双斜槽转子为研究对象,基于多截面分段斜槽理论,建立横向电流单位区域的电路模型。根据边界条件引入临界接触电阻率,在2个电阻率范围中分别计算横向电流损耗。通过电流相量图确定中环合成电压,分析讨论中环参数对边界条件和横向电流损耗的影响,计算有限元模型中的横向均电密参数验证最佳中环设计。利用去除端环法确定样机转子总横向电阻率,为高效电机优化设计提供了理论依据。

基于损耗电流谐波特征分析的XLPE电缆局部尖刺缺陷诊断

实现电缆局部缺陷的在线诊断对电力系统的稳定运行具有重要意义。损耗电流的谐波分量蕴含丰富的绝缘信息且满足现场带电检测的需求,是极具前景的可实现在线监测与诊断的检测手段。该文开展了基于损耗电流谐波特征分析的电缆尖刺缺陷诊断研究,主要分为仿真机理研究和针对典型局部缺陷的实测研究两部分。首先,对XLPE材料在高电场下的电导特性进行了仿真分析,建立了非线性伏安关系的XLPE电导模型,分析了不同尖刺曲率半径和电极间距对损耗电流谐波特征及电导率的波动程度的影响;然后,制作了三种规格的XLPE电缆导体尖刺缺陷模型并开展了实测研究;最后,对比分析了仿真分析和实测结果。研究结果表明:绝缘存在尖刺缺陷的电缆存在高次谐波分量,其主要成分是3次与5次谐波分量;缺陷导致了高电场,由此产生的非线性伏安特性是高次谐波分量出现的主要原因。对比分析结果表明,损耗电流的谐波畸变率和电导率畸变率与尖刺的曲率半径及电极间距成反比,导体尖刺缺陷的严重程度和缺陷形貌的改变,都会使得损耗电流中的谐波成分发生改变;损耗电流总谐波畸变率(THD)和各次谐波贡献率Hn是有效的诊断特征量。

基于共轭电流全损耗分量法的输电损耗在线分摊计算

主要讨论了基于共轭电流全损耗分量法的输电损耗在线分摊计算,通过IEEE-30节点系统验证了该算法,在计算过程中采用短时分段积分的方式进行在线电能损耗分摊计算,全年的电能损耗则利用了典型运行方式来计算。该算法根据各电源对支路的使用程度计算各电源对各支路应承担的损耗,从而计算系统网损在电源中的分摊量。它反映了各电源对网络的使用程度,因此趋于合理,而且算法基于潮流计算,算法简单,计算速度快。

含水树枝的XLPE电力电缆损耗电流建模仿真计算

水树枝老化被认为是影响交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘性能最主要的原因。随着水树枝老化的加剧,XLPE电力电缆损耗电流波形会产生畸变,损耗电流三次谐波分量的相位和幅值会产生明显变化,因此损耗电流的监测可以用来诊断XLPE电缆水树枝老化。笔者基于半导体二极管的非线性特性,建立了XLPE电缆水树枝非线性模型,提出了一种损耗电流数值计算的方法。仿真计算的损耗电流波形与试验测得波形误差较小,建模仿真计算方法的正确性得到了验证。

变流变压器非正弦电流负载损耗的计算

介绍了计算变流变压器非正弦电流负载损耗的方法。

大型超导电缆交流损耗的计算

给出了超导电缆交流损耗的表达式。使用这些表达式 ,并基于 HT- 7U极向场线圈系统在等离子体建立时的电流波形 ,计算了 AC损耗在 PF导体上的能量沉积。

等值损耗电流法在网损计算中的应用

针对现行网损根据负荷曲线进行近似计算,与实际存在一定的误差,且与输电量无直接关系的情况,提出 一种新的计算方法——等值损耗电流法。该方法利用电网中的输电量计算网损,具有较高的准确性和简便性。

双极性电堆中漏电电流简化计算模型

在试验基础上,定性分析了各因素对漏电电流的影响;在解释漏电电流产生机理的同时,提出简化计算模型,并通过试验对模型进行了验证。得到结论如下:在支路电阻Rp较大时,单体数为N的双极性电堆,第n个单体的漏电电流jn=(N-2n+1)E/2Rp;第n个单体和第n+1个单体间的电流损耗为:In=(nN-n2)E/2Rp(n<N)。

管内电缆导体传输交流损耗的理论计算和实验

交流损耗是大型超导核聚变实验装置如国际热核聚变实验堆和中国聚变工程实验堆稳定性的重要指标。然而应用于核聚变装置的管内电缆导体(CICC)在无外场下传输损耗数值计算很少。首先分析基于分布参数等效电路方法对CICC的N根股线的电流进行描述和分析;之后算出整个导体的电流分布,从而求出导体的传输电流损耗;同时,将数值计算结果与临界态模型结果作对比,以验证该计算模型的可行性;提出改进的CICC交流损耗测量方法,为国内下一步测试CICC及其线圈奠定了实验基础;最后,提出适用于单根圆股线的定标法则,为计算CICC的传输电流损耗奠定理论基础。

EIT激励电流切换用模拟多路开关的选择

模拟多路开关作为电阻抗成像(EIT)数据采集系统的重要组成部分,用于切换激励电流到不同的电极对。然而实际模拟多路开关由于存在导通电阻和分布电容,对激励电流的分流影响随着频率升高而越来越显著。文中依据模拟多路开关的性能参数,建立EIT数据采集过程中激励电流通过模拟多路开关作用于人体的等效电路模型。结合ADG1206和MAX306两款模拟多路开关,对流经负载的电流进行频响分析,利用PSpice软件分别仿真测试了4种不同频率下激励电流在通过模拟开关之后所引起的电流损耗,分析总结了模拟多路开关的导通电阻和分布电容对EIT系统流过负载上的激励电流的影响,给出了在设计EIT数据采集系统时激励电流切换用模拟多路开关的选取依据。

一种电流互感器误差检测方法及实现

本文基于现场电流互感器缺乏误差精度检测的现象,提出一种电流互感器在线误差检测原理,如何根据次级电流和计算得到的损耗电流计算电流互感器误差,从硬件和软件两方面阐述该方法的具体功能实现。通过方法的实现,填补目前绝缘监测装置电流互感器误差校验的不足,尽可能的降低绝缘监测装置检测误差大所带来的损失,起到重要的参考意义。

凸极力矩式自整角机电磁设计及其交轴阻尼短路坏损耗的研究

运用电机学和电机设计理论探讨力矩式自整角机的电磁设计,研究力矩式自整角机凸极转子交轴阻尼短路环的感应电动势及其损耗和电流,该研究对力矩式自整角机的电磁设计和凸极转子交轴阻尼短路环的设计都是有意义的。

一种新型动态无功补偿器的控制算法

针对无功动态补偿问题,通过分析单相系统结构原理,提出一种新型的基于直流侧电容电压控制和系统无功电流反馈控制的算法,直接对装置输出的电流进行控制,避开监测有功和无功电流分量的繁琐过程,简化了监测谐波的过程。所提出算法的控制目标是使补偿装置发出的电流为系统的无功电流,该算法包括电流和电压2个反馈环。电流环采用滞环比较的方式,将计算得到的目标电流和补偿装置实际输出的电流进行闭环比较;电压环采用周期控制思想。通过说明直流侧电压和变流器两侧功率传输的关系,推导出损耗电流与直流侧电压的变化关系公式;提出损耗有功电流和负荷无功电流的计算方法,以及直流侧电压的控制策略;数值仿真计算和动态模拟实验结果表明该算法无功补偿效果良好。

聚乙烯及交联聚乙烯水树老化的特性研究

为了解聚乙烯和交联聚乙烯电缆水树老化机理,并为电缆水树老化状态的检测与监测技术奠定实验和理论基础,对聚乙烯和交联聚乙烯片状试样进行了水树老化实验,研究了交联聚乙烯和聚乙烯片状试样老化前后损耗角正切tanδ及损耗电流I与外施电压V的关系变化。结果表明,老化后损耗角正切随外施电压的变化而变化,且损耗电流与外施电压的关系呈现非线性。

三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略

提出了一种基于伏秒平衡方程组特解在线规划的新型多目标满意脉宽调制策略(multi-objective satisfactory optimization PWM,MSO-PWM)。首先,针对单个载波周期内线性调制范围扩展、输出电流纹波损耗与开关损耗3个优化目标分别建立了时域数学规划模型,并求解各自的全局最优解,实现了单个目标的全局最优化。通过对3个目标的全局最优解的分析,揭示了不同优化目标之间矛盾的本质原因,通过引入满意优化的思想,以多目标满意取代单目标最优,并通过目标满意度松弛避免了因目标矛盾而出现的无解问题,最终实现了3个目标的整体满意优化。相对于现有的单目标局部优化PWM,所提出的MSO-PWM能够根据决策者偏好信息通过调整开关损耗系数界限来灵活地调整各控制目标的重要性,在偏重优化某个目标的同时兼顾其他目标,实现多个目标的满意优化,以满足现代逆变器系统越来越多的设计要求,具有很强的通用性和灵活性。实验结果验证了MSO-PWM的正确性与灵活性。

一种新型交联聚乙烯电缆在线检测装置的研究

本文首先介绍了交联聚乙烯绝缘电力电缆各种检测方法 ,然后详细介绍了由“直流分量法”、“交流叠加法”和“损耗电流测量法”三者结合起来的综合判断方法 ,其中包括在线测量系统的构成、关键技术、技术路线等。重点论述了交流叠加法的具体实现方案。本系统中三种方法的综合应用 ,可以在不改变电力系统接地方式的情况下实现 XL

交联聚乙烯电缆在线绝缘诊断新方法研究

研究目的:交联聚乙烯(XLPE)电缆有广泛的适用范围,研究其绝缘早期劣化检测方法对于延长电缆寿命有着关键的作用。研究方法:建立了水树精确数字仿真模型,提出一种新的在线绝缘诊断方法:高频信号叠加法。在电缆屏蔽层叠加高频低幅电压信号,以凸现损耗电流波形,利用分形方法对采集到的损耗电流信号进行分析。研究结果:XLPE电缆的水树的劣化使得损耗电流中谐波分量增加。谐波分量主要由于水树的非线性电压-电流特性引起。谐波分量的出现使损耗电流信号的分形维数增加。本文分别计算了容量、信息、关联3种维数,分析了各种维数和水树劣化之间的内在联系。研究结论:分形维数很好地反映了电缆中水树劣化的程度,可以作为在线绝缘水树劣化的诊断依据。

船舶电力推进系统的计算机仿真研究

传统船舶电力推进系统是将电力系统与推进系统分开设计的,因此集成度不高,从而导致系统运行性能较差,包括CPU工作频率、电流损耗以及螺旋桨旋转速度。针对上述问题,设计一个新的船舶电力推进系统,并与传统系统进行了计算机仿真研究。仿真结果显示:较传统船舶电力推进系统,本系统CPU实际工作频率提高0.23 GHz、电流损耗减少4.4 A以及螺旋桨旋转速度提高4.2 r/min,由此可知本系统性能要好于传统系统。