速度400 km/h高速列车轴箱轴承技术研究

高速列车轴箱轴承的可靠性和高速性能是保障高速列车运行安全和运行效率的关键因素。依据高速列车轴箱轴承的实际应用工况特征,并结合现有高速列车轴箱轴承的检修统计数据,对比分析了双列圆锥和双列圆柱设计的轴箱轴承技术特点。针对现有某高速列车车型,以满足运营速度400 km/h的技术要求为目标,对双列圆锥轴箱轴承低摩擦优化设计和轴箱系统散热设计优化这两个方面进行研究。其中为了准确评估摩擦功耗,建立了轴承—车辆刚柔耦合动力学模型,并以京津轨道谱和实测车轮不平顺作为输入,计算了轴承的动态载荷。轴承摩擦计算结果表明,在车速400 km/h,X-life设计的双列圆锥轴箱轴承的摩擦发热功耗比原有双列圆锥轴箱轴承大约降低24%;轴箱轴承台架测试显示,在更高的车速下,X-life设计的双列圆锥轴箱轴承运转温度比原有双列圆锥轴箱轴承降低了大概15°C。轴箱系统热仿真计算显示,在相同的热源输入和环境温度和散热条件下,铝合金轴箱体的最高温度相比铸铁轴箱的最高温度降低了约20°C。相关研究结果,可以为运营速度400 km/h高速列车的轴箱系统总体设计提供参考。

智能高速铁路中基于低轨卫星网络的通信关键技术研究

智能高速铁路是构建现代综合交通运输体系的重要组成部分,建立支持高移动性、高速率、高可靠性、高实时性的通信链路是列车安全运行的基石。针对高速铁路空间跨度范围大、轨旁通信设备成本高、越区切换频繁等问题,探讨基于低轨卫星互联网技术实现车地通信的可能性及关键技术。分析智能高速铁路通信业务需求并根据不同的业务类型采用对应的专网或公网进行承载。研究了基于公网卫星互联网络的高速铁路无线接入架构。并在此基础上进一步探讨了面向智能高速铁路的卫星接入与低时延传输、星地链路多普勒频偏、星内/间波束切换等关键技术,以期实现低时延、高可靠的星地通信链路。

一种基于新型低功耗开关策略的10 bit 120 MS/s SAR ADC

设计了一种10 bit 120 MS/s高速低功耗逐次逼近模数转换器(SAR ADC)。针对功耗占比最大的CDAC模块,基于电容分裂技术并结合C-2C结构,提出了一种输出共模保持不变的双电平高能效开关控制策略;在降低CDAC开关功耗的同时,摆脱了CDAC开关过程中对中间共模电平的依赖,使得该结构适用于低电压工艺。在速度提升方面,控制逻辑使用异步逻辑进行加速;比较器采用一种全动态高速结构,在保证精度的前提下其工作频率达到3 GHz;CDAC中插入冗余位,以降低高位电容对充电时间的要求。所设计的SAR ADC使用40 nm CMOS工艺实现,采用1.1 V低电压供电。在不同工艺角下进行性能仿真,结果显示,在120 MHz采样率下,有效位数为9.86 bit,无杂散动态范围为72 dB,功耗为2.1 mW,优值为18.9 fJ/(conv·step)。

一种抑制高速电机低次电流谐波的调制方法

针对高速永磁同步电机低载波比、数字控制延时所引起的电流谐波较大的问题,提出一种抑制低次电流谐波的改进型特定次谐波消除调制方法。首先,对该调制方法的调制波形原理和数字实现特点进行分析,建立新的电压谐波方程和开关角求解方程;其次,以电流总谐波失真为目标优化函数,研究了调制比和载波比对开关角分布、电流谐波含量的影响;最后,以三相高速永磁同步电机为研究对象,搭建系统仿真模型对所提调制方法进行验证。验证结果表明,通过与特定次谐波消除调制方式相比,所提调制方法计算量更少,可以提高输出脉宽调制波形的对称性,具有更优的低次电流谐波抑制能力。

基于数字插装阀技术的调速系统在水电工程中的应用优势——以白俄罗斯维捷布斯克水电站为例

针对工程实践中灯泡贯流式机组因低水头、大流量、机组转动惯量小而难以控制等问题,以白俄罗斯维捷布斯克水电站机组调速系统为研究对象,介绍了基于数字插装阀技术的调速系统结构和基本原理,分析了数字插装阀技术解决上述问题的相关策略和优势。详细地分析了维捷布斯克水电站调速系统在解决甩负荷过程中过速及低频灭磁问题的有效方法,梳理了插装阀技术在水电站调速系统中应用的优势。结果表明数字插装阀技术作为一种新型调速器控制技术,在解决贯流式机组难以控制等问题中具有较好的工程应用价值。

低压高速大驱动电流BiCMOS模拟开关单元

从改善速度和电流驱动能力出发,设计了4种BiCMOS模拟开关电路。设计过程中在电路的关键部位配置有限的双极型晶体管(BJT),而在电路的主体部分则设置CMOS器件。推导出电路的传延时间估算式,优选了元器件参数,并采取提速和增大驱动电流的措施。实验结果表明,所设计的BiCMOS开关电路在低电源电压2.6V≤VDD≤4.0V的范围内,综合性能指标——延迟-功耗积DP比CMOS开关电路平均降低了36.52pJ,输出级BJT的驱动电流可达1.40mA以上,因而特别适用于低压、高速、大驱动电流的数字通信系统中。

超声波流量计信号驱动与高速切换电路研究

基于时差法的液体超声波流量计,采用双低边MOS场效应管驱动器MIC4427形成BTL驱动电路,将微控制器发出的脉冲信号提升峰峰值到30 V,明显提高接收换能器的信号灵敏度和稳定度。由于超声波换能器为发送接收一体型传感器,采用高速模拟开关,让超声波换能器根据需要,在发送传感器和接收传感器之间不停切换,以满足信号测量要求。

新型高效无过载船用串并联离心泵的研制

针对现役船用离心泵在高效节能、无过载特性等方面存在的欠缺,阐明了高效、无过载离心泵设计的理论依据,提出了高效、无过载低比转速离心泵的设计方法。利用高效、无过载设计方法开发了某船用串并联离心泵,并进行了试验验证,试验结果表明该设计方法能有效提高低比转速离心泵的效率,并具有无过载特性。该设计方法可以推广应用于现役的各类船用离心泵以及民用低比转速离心泵。

一款开关同步检波电路的设计

阐述了开关式同步检波电路的总体结构及各模块的功能特点,对开关式同步检波电路的实现进行了论述。在用分立元件组成的低噪声前置放大器的基础上,利用电压比较器AD790及模拟开关74HC4053的高速特性设计与制作了一款开关式同步检波电路,对电路的测试结果表明,电路具有动态范围大、良好的线性及较小的测量误差,对检测微弱信号的下限可达1μV,是一种性能良好的相敏检波电路,适用于对低频微弱信号的检测。

基于D类放大的高效率音频功率放大器设计

为提高功放效率,以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势,以D类功率放大器为核心,以单片机89C51和可编程逻辑器件(FPGA)进行控制及对数据的处理,实现了对音频信号的高效率放大。系统最大不失真输出功率大于1 W,可实现电压放大倍数1～20连续可调,并增加了短路保护断电功能,输出噪声低。系统可对功率进行计算显示,具有4位数字显示,精度优于5%。

一种高性能永磁同步伺服电动机绕组串并联换接方法及其仿真研究

为了扩展永磁同步伺服电动机运行速度的范围,提出了一种绕组串并联换接方法,详细介绍了该方法的实现,并对该方法进行了静动态仿真。仿真结果表明,绕组串并联换接可以在兼顾电动机低速与高速性能的前提下,大幅度扩展了永磁同步伺服电动机的运行速度范围,较好地解决了同一台电动机既要求低速大转矩,又要求高速大功率这一矛盾。

两种低压高速BiCMOS开关电流存储器

为了提高数字通信电路的速度，设计了两种BiCMOS开关电流存储器。设计过程中在电路的关键部位配置有限的双极型晶体管（BJT），但在电路的主体部分则设置MOS器件。推导出了存储电路的传输延迟时间估算式，优选了元器件参数，并采取了提速措施。进行了仿真试验和硬件电路实验。结果表明，所设计的两种开关电流存储器在低电源电压（VDD）为2．6～4．0V时，综合性能指标——时延．功耗积DP比CMOS存储电路AD585平均降低了约18．8pJ，特别适用于低压高速数字通信系统。

两种改进结构型BiCMOS模拟开关

为了改善其速度和电流驱动性能,设计了两例BiCMOS模拟电子开关电路。设计过程中在电路的关键部位配置有限的双极型晶体管(BJT),而在电路的主体部分设置CMOS器件。优选了元器件参数,并采取提速和增大驱动电流的措施。通过仿真和硬件电路实验验证了开关电路性能,结果表明设计的BiCMOS开关电路在低电源电压2.6 V≤VDD≤3.6 V的范围内,综合性能指标——延迟-功耗积DP比CMOS开关电路平均降低了25.5 pJ,输出级的驱动电流可达1.39 mA以上,因而特别适用于低压、高速、大驱动电流的数字通信系统中。

衬底电压自举结构的10位120 MS/s SAR ADC

基于采样管衬底电压自举结构,提出了一种高线性低阻抗采样开关技术。在保证采样开关等效输入阻抗较小的同时,实现了采样开关的源/漏极与衬底之间的寄生电容不随输入信号幅度的变化而变化;减小了动态比较器输入管的等效导通电阻,提高了动态比较器输入管的跨导,解决了动态比较器的速度与噪声折中的难题。基于65nm CMOS工艺,设计了一种10位120MS/s SAR ADC。在1V电源电压下,功耗为1.2mW,信号噪声失真比SNDR>55dB,无杂散动态范围SFDR> 68dB,在奈奎斯特采样情况下,优值(FoM)为22fJ/(conv·step)。

应用于数字变量马达的高速开关阀

为了研制满足数字变量马达需要的"高频响、大流量,低开阀压差,低节流损耗"高速开关阀,设计一种新型的二位三通滑阀结构的高速开关阀,采用阀套运动的结构来减小液动力有效的提升阀的开关速度,采用中位死区的结构来实现预降压和预升压以减小开阀压差.通过建立阀套的运动模型和流场动态仿真验证了该阀的快速开关性能及通流能力;同时建立单柱塞配流单元的柱塞腔压力动态模型,验证了低开阀压差的可行性,并确定最佳的中位死区长度;分析不同转速下在不同位置关阀的节流损耗及开阀压差,得到在某一转速下使节流损耗及开阀压差均很小的最佳关阀角度.理论和仿真研究表明,这种新型的二位三通高速开关阀能够满足数字变量马达对高速开关阀的需求.

宽电压范围高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略

基于双管Buck-Boost变换器,提出一种高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略。高速低压发电机的输出电压宽,低频电压纹波大,难以直接应用于低压直流供电系统,需要对发电机的输出电压进行稳压变换。同极性的双管Buck-Boost变换器适用于宽电压范围输入场合。基于平均开关模型,建立双管Buck-Boost变换器同步工作模式的非理想低频小信号模型,推导关键的传递函数,分析输入参数变化、负载变化以及右半平面零点对控制环路稳定性的影响,提出高稳定性和低输出纹波的宽输入电压平均电流控制策略。通过SABER仿真软件,验证宽电压输入双管Buck-Boost变换器平均电流控制的可行性,设计一台10倍输入电压变化范围的原理样机并进行实验测试,验证了所提出控制策略的可靠性和有效性。

不同调制方式下异步牵引电动机谐波损耗的分析与比较

在轨道交通牵引传动系统中,逆变器输出电压中含有较多的低次谐波分量,低次谐波对牵引电机的温升、损耗等产生不利影响,为此对低开关频率下不同调制方式对电机谐波损耗的影响进行理论分析和对比研究。针对谐波铁耗与谐波铜耗分析其影响因素,分别建立两者基于谐波电压幅值的谐波损耗模型。通过理论计算目前广泛使用的3种不同调制方式下的谐波电压幅值随调制比的变化曲线,以某实际动车组牵引电机参数为例分析对比了不同调制方式下电机谐波损耗的变化规律。研究结果对于选择大功率牵引逆变器的调制策略,以提高电机运行效率具有借鉴意义。

面向低空预警雷达的信号处理控制平台设计与实现

为应对以民用无人机为代表的低小慢目标“黑飞”“滥飞”所带来的低空安全威胁以及巡航导弹、战术导弹所带来的低空军事威胁,文中引入数字波束合成技术,设计并实现了一种面向低空预警雷达的信号处理控制平台,该平台具有实时性强、运算量大、传输速率高等特点。通过选用高速光纤传输与串行总线VPX技术,同时采用高性能模数转换器、超大规模现场可编程门阵列及高速专用数字信号处理芯片,实现了此平台的硬件架构设计,并在此平台上实现了一种基于数据流驱动的软件信号处理方案。得益于灵活的系统架构和丰富的硬件资源,该信号处理控制平台可以适应新技术的快速应用,便于低空预警雷达功能的升级扩展及性能的进一步提升,有效应对低空威胁。

一种无需考虑转子侧变流器耐压能力的双馈异步风电机组低电压穿越方法

双馈异步风电机组在电压跌落故障时多采用Crowbar保护电路以实现低电压穿越(LVRT),Crowbar阻值的选择对LVRT效果有较大影响,常规Crowbar阻值选择时需考虑转子绕组和转子侧变流器的绝缘水平。介绍了结合常规Crowbar技术和三相快速开关的低电压穿越技术方案,给出了无需考虑转子侧变流器耐压能力的Crowbar阻值的计算方法,并提出了风电机组LVRT的控制策略;基于Matlab/Simulink建立了结合开关和Crowbar保护的双馈异步风电机组机仿真模型,通过与常规Crowbar保护的仿真对比,验证了文中所提方法可有效提高双馈异步风电机组低电压穿越能力。

220kV变电站主变低压35kV侧加装限流电抗器的可行性研究

由于电力系统容量的扩大,系统的短路电流随之增大,主变低压侧抗短路能力嗜待增强。通过在主变低压侧加装限流电抗器来限制短路电流是可行的方法之一。如何消除由于增加限流电抗器给系统产生的负面影响无疑成为我们面临的非常重要的问题。本文就能否采用限流电抗器来解决系统容量增大导致河北南部电网220kV变电站主变低压侧短路电流过大这一问题进行了一些有益的探讨。