关中平原大地等效电导率的间接测量

为准确预报地波传播时延,用电波传播法对关中平原的大地等效电导率进行了间接测量。阐述了电波传播法的测量原理和方法,第一次给出关中平原大地等效电导率的间接测量结果,同时,给出了中国科学院国家授时中心临潼科研楼参考点的BPL信号传播时延测量结果,并对这些测量结果进行了精度分析。

用于地面核爆源区电磁脉冲环境评估的工程等效电导率测量和反演方法

地面核爆源区电磁脉冲(SREMP)可穿透工程岩土介质,对地下工程内的电子信息设备造成严重影响。为评估地下工程内的SREMP场环境,提出基于连续波等效的SREMP近区场测试方案,搭建等效试验测试系统,对系统中线天线近区场特性进行研究。通过线天线近地磁感应强度的试验测试,验证该测试系统的可行性。在此基础上利用时域有限差分算法对测点处的大地等效电导率进行反演研究,并对一定深度地下工程典型频点处的场环境进行计算。结果表明,该方法可针对不同的大地介质开展地下工程SREMP场环境评估,为研究SREMP效应和工程防护设计提供了参考。

基于等效电导率的压接型IGBT器件温度场仿真

压接型封装全控器件由于其具有无焊点、无引线、双面散热的特点,逐渐在大容量换流器中得到了广泛的应用,其可靠性以及寿命预测也引起了学术界和工业界的关注。本文提出了一种基于等效电导率的压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件温度场有限元仿真方法,直接反映了压接型IGBT器件内部芯片发热功率随温度变化的特性,进一步提高了温度场仿真的准确性,为模块可靠性分析和寿命预测建立了仿真计算基础。此外,对某型号压接型IGBT器件进行MMC工况下的温度场仿真,得到了该工况下模块内部温度分布情况。

射频电导轮廓的概念及应用

提出了粗糙表面射频电导轮廓的概念及物理意义,介绍了与射频电导轮廓相关的技术指标和测量、计算方法,对射频电导轮廓在分析计算粗糙表面射频等效电导率、优化射频微波器件加工工艺流程等方面的应用情况进行了简介。实验表明,研究成果与实测数据相吻合。

地面核磁共振导电性的等效影响

地面核磁共振测深中,导电性影响一般用等效导电半空间代替.这种等效性合理性如何尚没有任何讨论.本文利用2层模型和与其等效的均匀导电半空间模型为例,对两种模型的磁场变化规律、地面核磁共振的核函数变化情况以及核磁响应进行了数值模拟分析.结果表明,任意层状导电介质与其等效的均匀导电半空间模型的磁场分布规律不同,导致在地面核磁共振测深中相应的积分核函数在深度上衰减规律出现差异,表现为地面核磁共振测深信号的差异.导电性的等效性不是核磁共振测深的等效性.

电波传播计算中等效地球半径系数α取值的探讨

根据12条地波路径实测得到的地波二次相位因子和基准场强的数据,探讨了在处理地波传播问题时等效地球半径系数α的取值问题。分析表明:在我国内陆,α选用4/3较宜。

周期混合材料等效电参数无频散特性研究

频散性质是混合材料电学参数的重要特征,一直以来都受到众多学者关注,而关于周期混合材料的无频散性质却较少被研究.本文基于描述周期混合材料等效电参数的经验公式,推导得到周期混合材料等效电参数无频散时各组分应满足的条件,并采用有限元方法提取周期混合材料的等效介电常数和电导率.经对比,我们发现数值仿真结果与推导结果高度吻合,这表明本文提出的周期混合材料无频散理论是有效的.在等效电参数满足无频散条件的前提下,我们分析了混合材料等效电参数随各组分体积比和电参数比的变化规律,以及内含物形状和空间分布对混合材料等效电参数无频散特征的影响.本文基于晶胞结构提出了微观尺度上的周期混合材料无频散理论,可为无频散元器件的设计、各频段下等效电参数测量设备的样本制备以及测量结果校准提供理论依据.

高压直流XLPE绝缘电缆载流量的数值算法及特性分析

载流量是电缆传输能力的重要指标,直接影响高压直流电缆的运行可靠性和经济性。根据直流电缆绝缘层中电场分布的特点,提出了基于等效电导率的绝缘层内外侧电场分布的解析计算方法,并以±535 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆为例,同时考虑电缆导体最高运行温度和绝缘层最大允许温差,得到不同运行工况下高压直流电缆的负载控制域。结果表明:电-热场解耦方法能有效分析直流电缆的载流量和应用特性,其中绝缘层最大温差是限制临界环境温度以下直流电缆载流量的核心因素,在此临界环境温度下,提升导体最高运行温度对载流量影响有限,而优化绝缘材料耐电性能和电缆结构才是提升载流量的关键。

多频情况下存在绝缘故障的叠片铁心的涡流及涡流损耗的分析

提出了一种分析叠片铁心发生绝缘故障时故障区域内的涡流及涡流损耗的方法。该方法以利用矢量电位和标量磁位,T,ψ-ψ方程的有限元方法为基础,使用最新发展的均质化方法模拟发生绝缘故障时的叠片铁心。为计算不同频率下的场量,推导出了各向异性铁心中不同方向的有效趋肤深度,且利用自适应网格完成趋肤深度的剖分。为证明方法的有效性,本文分别计算了不同频率下发生绝缘故障的大型异步电动机铁心中的涡流及涡流损耗。并将获得结果与采用直接方法获得的结果进行对比分析。结果表明,低频情况下利用各向异性电导率的连续体模型获得的结果可以很好地满足实际的精度需要。

考虑定子铁心片间短路时的涡流及涡流损耗的有限元分析

对于定子铁心中发生片间短路时的涡流及涡流损耗计算的问题,提出了一种基于低频下的均质化方法,且该均质化方法利用有限元方法进行分析。直接模拟方法需要对每个叠片进行非常细致的剖分,因此会导致巨大的计算上的未知。为了避免对每个叠片进行模拟,本文使用等效电导率的连续体模型代替大量的叠片。应用上面提出的方法对一台发生片间短路的大型异步电机的定子通过使用T,Ψ-Ψ方程的三维有限元软件进行计算验证,并将引入各向异性电导率的连续体模型下获得的结果与实际叠片下获得的精确解进行对比分析,可知在各向异性电导率的连续体模型下获得的故障点分析可以有效地满足实际的精度要求。

卷铁心变压器三维涡流场建模与计算

大型卷铁心变压器开始逐步在铁路系统中被推广应用,涡流场建模分析是卷铁心变压器的设计与优化过程中的基础,而现有叠铁心建模方法对于卷铁心适用性较差。对卷铁心变压器的涡流场建模进行了研究:首先针对于卷铁心的实际卷绕结构修正传统各向异性的等效电导率公式,提出适用于卷铁心变压器的三维涡流场建模方法;然后将铁心涡流损耗作为算例,用经典计算模型验证了卷铁心涡流场模型的有效性;最后应用所提模型计算铁路专用OD-R-32000/55卷铁心式自耦变压器的涡流损耗,并对比设备的现场实测值,验证了其实际工程中的适用性。结果表明:所建模型能够有效地计算出铁心涡流损耗,并且具有较好的现场适用性。

计及异常涡流损耗机制的叠层铁心三维涡流场分析

电机和变压器运行过程中,叠层铁心中会产生涡流,为了实现设备性能精确预测,对涡流所产生的去磁效应和损耗尤其是异常涡流损耗必须进行有效计算。但是,现有的基于磁畴及畴壁运动模型或磁滞模型的涡流场计算方法存在过于复杂、难以融入数值计算等局限性。该文在异常涡流损耗因子概念基础上,并结合前期研究工作成果,提出叠层铁心各向异性等效电导率修正模型,并通过叠层铁心涡流场理论分析及总涡流损耗关系式推导和比较,证明所提出等效电导率修正模型的合理性。通过制作典型的取向硅钢片卷铁心模型,并以此为研究对象进行实验测量及三维有限元涡流场计算,揭示实际铁心涡流去磁效应远超过仅考虑存在经典涡流的传统涡流场计算方法预测结果,通过比较各种励磁条件下的磁密和铁耗测量值与计算值,进一步验证该文提出的等效电导率修正模型及相关涡流场分析方法的可行性和有效性。

片间短路时变压器铁芯涡流场的三维建模与分析

由于变压器铁芯每级叠片的尺寸不同等原因,当前用于电机定子铁芯故障的二维方法难以适用。为得到故障时变压器铁芯局部磁通及涡流分布的变化,进而为优化设计提供相应的仿真依据,本文提出故障时变压器铁芯故障点的等效电导率,且基于此建立牵引变压器三维有限元故障模型;其次利用该模型对故障时变压器铁芯内部的磁通分布、涡流分布以及涡流损耗进行仿真研究;最后采用较精确的涡流损耗计算方法——等效电路法对涡流损耗的仿真结果加以验证。结果表明:该有限元故障模型对涡流损耗的仿真结果与等效电路计算结果相近,证明该模型对变压器片间短路故障仿真的有效性。

采用硅钢片导磁框的高速磁致伸缩致动器

高频涡流损耗限制了磁致伸缩致动器的输出速度。该文提出了一种采用硅钢片导磁框的高速磁致伸缩致动器。与整块硅钢结构的导磁框相比,分区绝缘的硅钢片可降低等效电导率,减小导磁元件中的涡流。该设计提高了磁致伸缩棒中的磁场强度,使致动器在高频磁场激励下也能输出较大振幅。在有效值为35 A@2 kHz的正弦波励磁电流下,采用叠片结构导磁框的磁致伸缩致动器输出振幅11.1μm@4 kHz的振动,比采用整体结构导磁框的致动器输出速度提升了44.2%。这说明将磁路元件分区绝缘有利于提升磁致伸缩致动器的输出速度。

高频传输线的导体表面粗糙度模型

导体表面粗糙度是影响高频传输线性能的重要因素,需对其进行准确的建模表征。介绍了用于提取传输线导体等效电导率的几种典型的表面粗糙度模型,包括表象模型、雪球模型、梯度模型以及半解析梯度模型,并对各模型的特点分别进行了讨论。基于介质中埋置导线的典型案例,对半解析梯度模型的有效性和准确性进行了验证,模型预测结果与实验测试结果吻合较好。综合上述分析,半解析梯度模型具有准确性高、适用性强等特点,可为高频传输线的准确建模提供可靠途径。

基于半直接耦合的压接型IGBT模块功率循环仿真方法

功率循环实验是一种基于加速老化思想的寿命分析实验和可靠性研究方法,在大容量电力电子器件可靠性研究中具有关键作用。本文提出了一种基于半直接电热耦合的压接型IGBT模块功率循环仿真方法,建立了电热耦合稳态以及瞬态模型,根据芯片损耗推导芯片等效电导率,并且利用等效电导率的方法进行载荷设置,通过ANSYS软件仿真得到了功率循环过程中压接型IGBT模块的内部温度分布以及温度随时间变化的结果。该方法有效减少了瞬态直接耦合带来的巨大计算量,避免了迭代不收敛的问题,对于功率模块可靠性研究和寿命预测具有一定的理论指导作用。

夹网屏蔽玻璃屏蔽效能仿真计算简化模型研究

为了减少夹网屏蔽玻璃在电磁场数值计算中剖分的网格数量,基于时域有限差分周期结构谱算法(Spectral Finite-Difference Time-Domain,SFDTD)仿真了单层夹网屏蔽玻璃的屏蔽效能,基于Schelkunoff屏蔽理论提取出金属网的等效电导率,应用CST电磁仿真软件建立了一种屏蔽玻璃仿真简化模型,解决了细微结构屏蔽材料难以仿真计算的难题。仿真结果表明,等效电导率方法具有很高的计算精度,为计算具有细微结构屏蔽材料的机箱、方舱等结构的屏蔽效能提供了有效途径。