基于有限元的高频变压器分布参数计算与分析

高频变压器的分布参数会影响其输出参数及性能,推导高频变压器副边分布电容以及漏感的解析表达式,发现绕组的绕制方式、分段分层结构、绝缘层厚度、绕组高度、绝缘介质等是影响其分布参数的主要因素。针对40 kV、20 kHz的高频变压器建立了电磁场有限元仿真模型,分别计算和分析了各因素对分布电容及漏感的影响规律。优化副边绕组分段分层结构,综合考虑漏感、分布电容及绕组损耗确定变压器绕组的绝缘厚度及高度,并据此设计加工了实验样机。测试结果表明分布电容和漏感的仿真计算结果与实测值的误差分别为9.5%和11.3%。仿真分析方法以及相关的规律结论为高频变压器的分布参数计算和结构设计提供了参考。

用于输电线接头缺陷检测的磁通法仿真分析

根据高压输电线的接头中两段对接钢芯拉开的缺陷情况,提出了两种不同励磁装置形式的磁通检测方法。运用有限元分析法,以LGJ-400/35型钢芯铝绞线为仿真对象,进行了有限元的建模分析和计算,分析钢芯完整和拉开两种情况下磁路空隙中磁感应强度差值的大小。最终得出使磁力线平行于输电线轴向的漏磁检测方案对于输电线钢芯拉开缺陷具有最好的检测能力,钢芯拉开引起磁路中磁感应强度的变化更大,这为今后的实验和现场应用提供了依据。

矩形⁃圆形涡流探头设计与碳纤维预浸料的无损检测

预浸料作为制备碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)的原材料,它的质量将直接影响材料成品的性能。本文将涡流检测技术应用于预浸料的损伤检测上,针对预浸料中涡流较小,损伤信号更容易被双圆形线圈构成的发射⁃接收(Transmit⁃receive,T⁃R)型探头的提离影响以及该探头对损伤方向检测不敏感的问题,设计了一种矩形⁃圆形(Rectangle⁃circular,R⁃C)型探头。理论上,无论探头如何提离均不会对接收信号产生影响。通过三维电磁有限元仿真优化设计了矩形线圈的尺寸并验证了R⁃C型探头的可行性。实验研究表明,与原T⁃R探头相比,R⁃C型探头的提离带来的影响明显减小,且对预浸料上的纤维弯曲方向有很好的表征,对裂纹也有其独特的表征方式;但在相同激励下接收到的信号大小要小于原探头。

三芯电力电缆各芯线电流测量偏心误差的计算和补偿方法

用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线的电流时,磁传感器阵列的中心可能偏离电缆中心,致使测量结果中含有由此产生的误差即偏心误差,为此提出一种对偏心误差的计算和补偿方法。在原有测量方法基础上,将磁传感器阵列沿电缆轴向安装表面旋转180°,测量新位置上的磁感应强度。通过求解非线性方程组,可以确定偏心误差的大小;并据此对测量结果进行补偿,可得到计及偏心误差情况下三芯电力电缆各芯线电流值的实际大小。电磁场有限元仿真试验结果表明,所建立的解析模型具有很好的准确性,验证所提出计算和补偿方法的有效性。

一种扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场的等效计算方法

为解决扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场难以计算的问题,文中提出了一种扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场的等效计算方法。依据等效原理,采用两个对称线电流,模拟单相电流在扇形截面芯线中的分布;根据安培环路定理,确定单相电流对扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场的贡献;利用局部坐标和向量合成法,确定了扇形芯线截面三芯电力电缆表面的磁感应强度,建立了扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场与三相电流之间的物理数学模型,给出了用于计算扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场的解析表达式。电磁场有限元仿真试验和等效模型计算的结果表明,所建立的等效模型具有满足需求的准确性,对扇形芯线截面三芯电力电缆表面磁场的计算具有指导价值。

一种测定三芯电力电缆内各相芯线位置的方法

为解决三芯电力电缆质量检验过程中内部各相芯线位置难以测定的问题,提出了一种测定三芯电力电缆内各相芯线位置的方法。具体地,通过在三芯电力电缆外表面轴向横截面对称地安装2个磁传感器,在给该电缆内某单相芯线施加电流激励后,用磁传感器测量所在位置处磁感应强度的切向分量;根据2个磁传感器的测得量值,利用安培环路定理以及该单相芯线中心位置与磁传感器位置之间的几何关系,求解该单相芯线中心到三芯电力电缆中心的距离,以及该单相芯线中心和三芯电力电缆中心的连线与y轴之间的夹角,即可求解出该单相芯线的位置;通过给三相芯线分别施加电流激励,便可分别测得三相芯线的位置,从而实现对三芯电力电缆内各相芯线位置的测定。电磁场有限元仿真试验和解析模型计算的结果表明,此方法准确性高,对三芯电力电缆生产工艺水平提高和质量检验具有指导价值。

铁磁材料漏磁信号处理与缺陷重构

漏磁检测是铁磁材料常用的无损检测方法,检测的重点是根据测量的漏磁信号重构缺陷轮廓。提出了分别利用径向基神经网络和广义回归神经网络,建立由缺陷漏磁信号到缺陷深度的非线性映射。训练样本为三维有限元仿真数据,而测试样本为经过平滑滤波、小波消噪预处理,后经过径向基神经网络精确插值的漏磁检测数据。用训练数据对这两种神经网络分别进行逼近训练,并用训练好的神经网络反演测试数据,重构缺陷。试验结果表明,两种神经网络都能够实现三维缺陷漏磁检测的成像化及可视化,其中广义回归神经网络要优于径向基神经网络。

固定线路机器人动态无线供电系统研究

针对目前固定线路机器人采用有线供电或者更换电池方式的供电弊端,本文对固定线路机器人动态无线供电进行了研究。首先介绍了基于磁耦合谐振的固定线路机器人动态无线供电系统总体结构,提出了发射端线圈切换控制技术以及接收端不间断能量拾取技术。建立了运动过程中系统不同状态下一发一收和一发二收两种电路模型,并且以一发一收电路模型为例通过理论计算和有限元电磁仿真分析研究得出在发射线圈长度超过接收线圈长度之后,传输功率和效率都随着发射线圈的长度增加而降低,为发射线圈的长度优化设计以及系统的整体设计提供了参考。

多层板式电涡流阻尼器构型与磁路优化分析

为提升板式电涡流阻尼器(PECD)的耗能效率,对比分析了单层与多层PECD典型构型的紧凑性与材料利用率,发展与完善了多层PECD构型与磁路优化设计。基于某单排式多层PECD样机阻尼性能测试结果,校验了三维电磁场有限元稳态分析法预测PECD等效阻尼系数的精度;仿真分析获得了永磁体与导体铜板之间的磁场间隙、永磁体的固定材料、间距与布置方式等参数对多层PECD等效阻尼系数的影响规律,据此提出了多层PECD的优化构型与磁路。结果表明:与单层PECD相比,多层PECD耗能效率得到有效提升,结构也更为紧凑;磁场间隙及永磁体的固定材料、布置方式与间距等对PECD等效阻尼系数均有显著影响,其中磁场间隙、相邻永磁体磁极布置与间距等存在最优参数。多层PECD的优化构型与磁路为:磁场间隙宜尽可能减小;采用非导磁材料固定永磁体;同侧永磁体宜阵列布置;永磁体沿阻尼器运动方向磁极宜相反布置,间距取0.2倍永磁体同向尺寸;永磁体沿垂直于阻尼器运动方向磁极宜相同,且间距越小越好。

竖向TMD用板式电涡流阻尼器磁路对比分析

为提升竖向TMD用板式电涡流阻尼器(PECD)的耗能效率,分别开展了典型竖向电涡流TMD样机的阻尼性能测试与有限元仿真分析,基于相邻永磁体有效耦合率性能指标,采用三维电磁场有限元分析方法分别优化了外置式与内置式PECD的磁路设计,并对比分析了各磁路的耗能效率、耐久性与占用空间等。研究结果表明:提出的相邻永磁体有效耦合率可以很好地表征永磁体相互作用对PECD等效阻尼系数的影响程度,有助于指导磁路优化设计;外置式与内置式PECD磁路优化设计方案在相邻永磁体磁极布置、水平与竖向适宜间距等方面均存在较大差别;各最优磁路永磁体用量一定时,内置式PECD的等效阻尼系数略低于外置式PECD(附加导磁钢板),但远高于外置式PECD(无导磁钢板);装配内置式PECD的竖向TMD结构相对紧凑,且耐久性也相对较高。