基于机-电-磁-流整体耦合的油阻尼断路器保护特性的容差设计

油阻尼断路器的主要特点是在电路发生短路、过载等情况时能够自动脱扣,断开电路,从而保护人员和设备的安全,常用于变电站等场所。文章在以往对油阻尼断路器油阻尼力、电磁铁静态特性、操作机构性能等研究的基础上,构建一个基于机-电-磁-流多体多自由度多场耦合的一体化虚拟样机整体耦合模型;接着对该整体耦合模型的保护特性进行了仿真与分析,通过仿真得到了不同电流倍数下动触头的分断特性,并通过实验验证了整体耦合模型和仿真结果的正确性;最后,为减小产品保护特性的分散程度,提高油阻尼断路器的稳定性,文中结合稳健容差设计技术,选取不同电流倍数下触头的断开时间作为目标函数,以极靴半径、细铁芯半径、粗铁芯半径、粗铁芯高度作为关键设计参数,通过正交试验和贡献率分析法对目标函数进行容差分配,使得触头断开时间的分散度比原来减少39.165%。研究成果将会对电器产品的研发提供理论指导。

基于单边调制映射函数的LCC-HVDC直流侧阻抗精确建模

阻抗模型是电网换相换流器型高压直流输电系统小信号稳定性分析的重要基础,阻抗模型的准确程度直接影响系统小扰动稳定性分析。该文首先从同步触发原理出发,引入基于单边调制产生的映射函数,该函数蕴含控制及换相信息,可以准确建立换相/非换相期间交直流侧的映射关系;其次,考虑换相动态并通过谐波线性化和傅里叶变换建立完整的直流侧电压和交流侧电流的频域小信号动态模型;再次,考虑控制和换流阀阻尼回路,建立整流侧和逆变侧直流阻抗解析模型;最后,以CIGRE高压直流标准测试模型为例,基于PSCAD/EMTDC平台验证了直流侧阻抗模型的准确性及其用于小扰动稳定性分析的有效性。

基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。

基于NI myDAQ的线性动态电路参数测量

动态电路在实际生活中应用广泛,精确测量动态电路的参数具有工程意义。采用线上线下混合式教学模式、仿真和实测相融合的实验方法,利用NI myDAQ虚拟实验平台测量动态电路参数,开拓了学生的思维,提高了学生的综合实验能力。

基于级间自触发Marx电路的高压阻尼振荡发生器

为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本,建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块,只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断,通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电,使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路,并且通过加入缓冲电路,解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机,在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形,波形上升时间约为75 ns,重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定,验证了该方案的可行性。

阻尼可调局域共振梁的设计与试验分析

局域共振型声学超材料能够形成低频局域共振带隙,控制弹性波传输,为实现结构减振降噪提出了新的思路。针对局域共振单元的阻尼对弹性波带隙的影响,设计阻尼可调的局域共振梁,进行数值计算及试验分析。提出通过外接分流电路与惯性作动器串联,实现阻尼可调的振子单元,并分析分流电路参数与阻尼之间的关系;最后引入负电阻分流电路实现对分流惯性作动器阻尼的调节,并拓展局域共振梁的带宽。数值计算和试验分析结果表明,局域共振梁存在最佳阻尼比范围。当惯性作动器等质量时,分流电路总电阻在1.535 2~5.571 1Ω内取值,带隙宽度达到最大;当相邻惯性作动器质量间隔为5 g时,总电阻在1.476 9~3.257 7Ω内取值,带宽达到最大;当质量间隔为10 g时,总电阻在0.986 2~2.046 9Ω内取值,带宽达到最大。

大容量发电机断路器TRV开断特性及抑制措施研究

发电机断路器(GCB)位于发电机组和升压变压器之间,针对负荷电流高达50 kA、故障电流高达200 kA以上的大容量机组,GCB传导和开断电流远高于线路断路器,在开断过程中,GCB两端会产生非常严重的瞬态恢复过电压,威胁GCB的可靠性。文中基于某大型核电站的实际接线,单机容量为1 722.2 MVA,利用EMTP-RV仿真计算研究了GCB在各种故障下开断时的TRV的电磁暂态特性,分析配置不同容量电容器对TRV幅值和陡度的影响效果。提出了采用辅助断口装设非线性阻尼电阻抑制TRV的方法,并给出了非线性阻尼电阻参数选取原则,并通过仿真验证了其可行性,针对失步故障非线性阻尼电阻可使TRV幅值降低29.2%,具有更高的灵活性与经济性。

无刷交流励磁机换相角过大问题的研究与优化

为了提高交流励磁机的励磁性能,通过在交流励磁机的定子磁极上添加阻尼绕组,改善换相角对旋转整流器交流侧和直流侧电压电流的影响,减少换相角造成的负面影响。利用电路等效分析方法,对换相过程进行等效分析,利用有限元仿真软件结合场路耦合的方法来获得交流励磁机的输出电流电压波形。由电路等效以及场路耦合分析结果可以发现,换相角的存在会使输出的电压电流质量变差,通过在定子磁极上添加阻尼绕组,可以有效减小交流励磁机的换相角,同时提高电能质量。

混合励磁式电涡流制退机电磁场与阻力特性分析

电涡流制退机具有无液体泄漏、无需密封、阻力稳定的优势。与目前应用较多的永磁式电涡流制退机相比,混合励磁式电涡流制退机采用线圈替代了一部分永磁体,对阻力特性的调节效果更好。对比了混合励磁式电涡流制退机2种可能的结构形式,然后根据磁路分析与初步计算选择出具有更好阻力性能的结构。针对该结构,利用等效磁路法计算气隙磁场,采用子域模型考虑感生涡流影响,建立了求解混合励磁式电涡流制退机阻力值的等效子域模型。根据某口径火炮反后坐要求,确定了制退机的主要尺寸参数,完成了混合励磁式电涡流制退机结构参数的前期设计,并通过数值计算对解析计算结果进行了验证。接着,针对某口径火炮发射时的工况建立仿真模型,以炮膛合力曲线和复进机力的后坐行程函数曲线作为条件输入,分析强冲击载荷下混合励磁式电涡流制退机的电磁阻尼力、后坐位移和后坐速度规律。最后,分析了不同气隙宽度与内筒的电导率对电磁阻尼力的影响,结果表明气隙宽度越小电磁阻尼力越大,同时过大的内筒电导率会导致电磁阻尼力呈现“马鞍”型。本文研究可为混合励磁式电涡流制退机的工程化应用提供理论基础。

半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计

半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method,简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而,在实际探测过程中,观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息,并且在磁场响应畸变区域难以校正,造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此,本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器,采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先,为满足旋翼机载重要求,设计0.5 m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场,两个0.01 m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场,并对三组线圈的互耦情况进行分析,确定了线圈的最佳相对位置.其次,针对线圈传感器的物理结构特点,综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果,确定最终的物理结构参数.进一步地,通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性,确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上,设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后,开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分量线圈传感器的可靠性.屏蔽室内对比测试结果表明,小尺寸的三分量线圈传感器带宽能够满足探测需求,能够提供与商用传感器相当的灵敏度和测量准确性.在野外探测实验中,使用该三分量线圈传感器获得了实验场地的三分量磁场响应信号,进一步证明了该三分量传感器的有效性.

带阻尼绕组的凸极式永磁风力发电机短路瞬态特性研究

短路故障瞬态特性的研究对永磁风力发电机的安全稳定运行具有重要意义。本文以带阻尼绕组的凸极式永磁风力发电机(Salient Pole Permanent Magnet Wind Generator, SPPMWG)为研究对象,对发电机短路时的瞬态特性进行研究。首先设计了一种带阻尼绕组的SPPMWG磁极结构,利用Maxwell软件建立SPPMWG的有限元模型,然后联合Simplorer建立其短路故障下的场路耦合计算模型,最后对不同短路故障进行仿真计算,对电机瞬态参数及阻尼绕组对短路特性的影响展开了分析。结果表明,阻尼绕组对抑制SPPMWG的短路电流及永磁体退磁起到了重要作用。

不对称气隙对涡流限速器阻尼影响研究

永磁涡流限速器是利用导体盘在永磁体形成的交变磁场中旋转产生阻尼转矩的装置,导体盘和永磁体之间的气隙是影响阻尼特性的重要因素。本文开展导体盘两侧不对称气隙对阻尼转矩的影响研究,基于等效磁路方法分析了主磁路磁通对两侧气隙不对称度δ的敏感性,基于有限元仿真对铁磁、无磁导体盘情况下的磁场分布、气隙磁感应强度、阻尼转矩和轴向力进行了对比分析,并进行了实验验证。结果表明,分别采用铁磁、无磁导体盘情况下,主磁路发生了转移。采用铁磁导体盘时,转矩和轴向力对δ显著敏感,而采用无磁导体盘时两者对δ不敏感。因此,采用无磁导体更有利于降低两侧气隙偏差敏感性。

框架薄壁类结构压电分流阻尼多模态减振试验研究

以四边固支铝合金板(框架薄壁类结构)为研究对象开展了基于压电分流阻尼电路的多模态减振试验研究。首先,开展扫频激励下单压电片单模态减振试验,电路最优参数试验结果与理论计算结果相互吻合,同时发现电路最优参数可在一个区间内取值,而不需要与理论计算值保持绝对一致,表明压电分流阻尼电路具有良好的工程实用性;然后,基于阻塞电路开展了扫频激励下多模态减振试验,通过多个压电片实现了20~2 000 Hz内振动能量下降20.2%的减振效果,同时在一些主要模态频率处峰值控制效果可达63%,试验充分验证了多压电片多模态减振的可行性;最后,在噪声载荷激励下开展了多模态电路减振试验,在20~2 000 Hz内铝合金板三个位置处加速度响应的均方根值分别降低了19.1%,18.2%,15.3%,在648 Hz处峰值分别下降了34.1%,33.3%,31.0%。试验结果表明,多模态电路在实际工程载荷条件下仍然具有一定的减振能力。

医用超声手术刀系统的模拟负载设计

阐述一种医用超声手术系统的模拟负载电路设计,可实现长时间的阻抗稳定,并且能够在大功率下长时间的运行。探讨超声手术刀振动系统、超声手术刀系统的模拟负载设计方案。

频率可调惯性作动器的设计与试验研究

提出用电感-负电阻分流电路来调节惯性作动器的固有频率,使惯性作动器可作为频率可调动力吸振器使用。分析了电感-负电阻电磁分流阻尼的理论模型,随后通过理论和试验分析了惯性作动器固有频率与分流电路参数的关系。以悬臂梁为控制对象,对所设计的可调惯性作动器控制效果进行试验研究。试验结果表明:在保证分流电路系统稳定的前提下,惯性作动器的固有频率随着电感值的降低而增加,惯性作动器的固有频率可以从原来的46.25 Hz调节至111.3 Hz。当惯性作动器固有频率与悬臂梁的固有频率相吻合时,在该固有频率附近悬臂梁的振动幅值降低90%。由此验证了所提出的通过电磁分流电路可以调节惯性作动器固有频率,在不改变惯性作动器物理结构的基础上,使其固有频率能跟踪受控结构的外干扰力频率,就可以充分发挥惯性作动器的吸振能力,最大限度地抑制结构振动。

电弧放电对G-R阻尼装置参数设计的影响

阻尼电阻值设计是G-R阻尼装置抑制投切电容器过电压的关键,为获得最佳抑制效果,需对影响阻尼电阻值的因素开展研究,其中,真空断路器投切电容器过程中产生的电弧放电是重要影响因素。为此,建立电弧放电条件下阻尼装置投入运行时的等效电路,并讨论电弧放电对投切电容器过电压的影响。以Mayr电弧模型作为单次放电模型,建立电弧重燃模型,分析单相、两相及三相多次重燃条件下的投切电容器过电压的特征。在此基础上,分析电弧放电对最佳阻尼电阻值设计的影响。研究结果表明:电弧放电并不能改变过电压先随阻尼电阻的增大而减小、后随阻尼电阻的增大而增大的变化规律;在电弧重燃条件下最佳阻尼电阻值比未考虑电弧放电时减小了大约5Ω,从G-R装置设计角度来看电阻减小可在一定程度上减少G-R装置的体积和成本,减小量约为10%。

40.5 kV充气柜真空断路器合闸弹跳故障分析及解决方法

在真空断路器合闸过程中,弹跳时间过长会引起触头熔焊,导致用电事故的发生。对40.5 kV充气柜真空断路器的合闸弹跳产生机理进行分析,找到了真空断路器合闸弹跳的影响因素,通过增加储能弹簧初始压力、降低灭弧室动端质量、设计动端导向及静端缓冲装置等方法有效降低断路器合闸弹跳,并将优化后的真空断路器弹跳特性控制到2 ms以内,满足了标准要求,提高了设备使用的安全性与可靠性。

断路器机构箱二次元件安装板减振固定装置研制与应用

为解决现有LW30-40.5T型断路器机构存在的二次元件安装板在分合闸时出现振动造成设备损坏及开关误动风险问题,研制了一种可实现多重减振及固定的二次元件安装板减振固定装置。该装置可在LW30-40.5T型断路器分合闸时,实现吸能减振的功能,有效减小断路器分合闸时二次元件安装板及其二次元件的振动振幅,确保LW30-40.5T型断路器在电网系统中的安全可靠运行。

500kV串补站过电压保护研究

结合华北托克托电厂 5 0 0 k V串补工程研究了串补站的过电压保护措施 ,包括过电压保护方案的选择、金属氧化物限压器 (MOV)的能量需求分析和阻尼回路设计 ,并提出了主要设备参数。

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。