《电器可靠性技术》开设实验课程的研究

学校根据低压电器企业对人才的需求,调整《电器可靠性技术》课程的教学方式,开设实验课,以增强学生的实际动手能力和创新能力,使学生掌握四种低压电器可靠性实验的方法,以实现毕业后能尽快就业这一目标。

《电器可靠性技术》创新型实验课程的研究

创新实验教学模式在教学中起着重要的作用,是理论联系实践的桥梁,也是学生运用知识解决实际问题的良好途径。尤其对于《电器可靠性技术》实验教学而言,创新型学习对提高学生实验课程掌握能力和完善实验教学改革具有重要意义。

改进的双指数函数雷电流波形及其辐射电磁场的计算

双指数波形是国际雷电防护标准IEC62305,建筑物防雷设计规范GB50057—2010和美军标MIL—STD—464规定的雷电流标准波形。因此研究双指数波形作为雷电通道基电流产生的空间辐射电磁场有重要的价值。在计算雷电辐射场时,通常会对通道基电流表达式进行求导和积分运算,使计算过程非常复杂。本文基于传输线(TL)模型,使用泰勒级数展开的方法将作为通道基电流的双指数波形进行改进,利用偶极子法推导出回击电流的辐射电磁场的解析解。该方法使求解雷电辐射电磁场过程简便,并且增加了修正因子重构雷电通道基电流波形,使计算结果更准确。

基于灰色理论的继电器电接触可靠性预测

电接触可靠性是有触点电器产品可靠性的一个重要方面,所以评估触点的电接触性能及可靠性和预测其失效时间对提高有触点电器产品的使用可靠性具有重要的应用价值。针对继电器失效原因的复杂性,提出基于灰理论的电接触可靠性预测。通过建立单变量预测模型GM(1,1),较好地预测电接触失效的问题。并且用动态接触电阻测量系统进行HH52P型电磁继电器失效检测试验,证实灰预测模型的准确性。

基于最小二乘支持向量机和自适应模拟退火算法的电磁场逆问题全局优化方法

分析了目前电磁场逆问题全局优化算法存在的收敛速度慢以及搜索时间长等问题的主要原因,并针对以上问题提出了基于最小二乘支持向量机和自适应模拟退火电磁场逆问题优化新算法,充分利用了自适应模拟退火算法中丢失的已搜索过点的信息,动态地建立和改进待求问题的数值模型,指导最优解的搜索过程,大大减少了求解电磁场正问题的求解次数,缩短了搜索到最优解的时间,通过仿真实验以及实际应用的对比,效果显著,提高了电磁场优化设计的实际应用能力。

基于区间分析的继电器稳健可靠性研究

基于稳健可靠性理论,运用区间分析法度量结构的可靠性对继电器进行优化设计。针对传统的可靠性模型需要大量数据、计算量大,且可靠性模型不易获得的局限性,对一种非概率稳健可靠性的区间分析方法进行了改进。研究方法只需知道不确定参数的界限,就可进行可靠性分析,所需数据量少、计算简便,对电器产品的可靠性度量具有一定的实用性。在应力—强度干涉模型的基础上,以继电器为例进行稳健可靠性分析。分析结果表明,改进方法有更广的适用性。

螺旋磁场作用下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型及实验

基于魏德曼效应和压磁效应建立了螺旋磁场作用下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算了磁致伸缩位移传感器的输出电压。计算结果表明输出电压与螺旋磁场间存在线性关系。当激励磁场与偏置磁场均为3k A/m、螺旋磁场强度为4.24k A/m时,输出电压的计算值达到18.09m V,计算结果与实验结果的变化趋势一致,数值基本吻合,表明了建立的输出电压模型的正确性。基于建立的模型,可以确定传感器激励磁场与偏置磁场的范围,研究可为磁致伸缩位移传感器的优化设计提供理论基础与指导。

磁耦合谐振无线能量传输系统头部植入线圈对人体头部电磁辐射影响的研究

磁耦合谐振无线能量传输(Witricity)是一种新的无线能量传输技术,利用电磁耦合谐振原理实现中距离的电能无线传输,可定向传输能量,并且不受中间障碍物的影响,在体内植入器件领域具有很好的应用前景。本研究设计制作了一种适用于植入器件的小尺寸无线能量传输系统,通过MIMICS及HFSS软件分别建立人体头部三维数值模型以及体内植入线圈模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,通过XFDTD软件计算头部比吸收率(SAR)及电场磁场强度。结果表明,应用Witricity技术对头部植入器件进行能量传输,人体头部10 gSAR平均值为9.262 7×10-6W/kg,电场磁场强度均方根最大值分别为4.64 V/m和0.057 A/m,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全限值标准。

塑壳断路器可靠性理论与验证试验方法

塑壳断路器是广泛使用的低压电器之一,其可靠性对用电设备和电网有重要影响。根据塑壳断路器的工作特点,提出采用操作失效率、过载保护成功率、瞬动保护成功率作为其可靠性的考核指标,并确定了采用失效率、成功率的两参数验证试验方案作为塑壳断路器的可靠性验证试验方案。本文分析了塑壳断路器操作可靠性试验、瞬动保护可靠性试验和过载保护可靠性试验,提出过载保护可靠性试验应在规定的环境温度下进行,以保证试验结果的准确性和一致性。分析了塑壳断路器可靠性试验时试品的检测内容,特别是详细规定了试验中试品的检测方法和试验内容。介绍了塑壳断路器可靠性验证试验程序,并结合实例,确定了可靠性验证试验方案、试品数等。

基于可信度的可靠性度量云模型

进行可靠性度量时,为了能综合处理实际工程中常见的随机性、模糊性和源信息的不完全可信性,在云理论的基础上提出了可靠性度量云模型。首先在应力-强度干涉模型的基础上推导出可靠度的可能性分布,然后以此为基础建立了可靠度的可信度云模型。该模型不仅能将多种不确定性综合地体现在可靠性度量结果中,而且在常规可靠性和模糊可靠性之间架起了一座桥梁。通过利用该模型计算继电器吸合可靠度的具体实例,进一步验证了该模型的实用性。

局部简化建模法三维有限元仿真与实验研究

局部简化建模法即在不影响计算结果精度的要求下,在对实物进行建模时适当地做一些简化处理,对所关心的部件进行精细建模,而对其余部件进行简化建模。为验证局部简化建模法的有效性,文中基于TEAM Problem 21基准族中的P21~a-2,P21~0-B模型,进行了详细地实验研究与仿真分析。重点考察了不同激励下采用局部简化建模法对变压器结构件(如变压器油箱)中杂散损耗、漏磁通密度计算值与测量值之间的对应关系。计算值与测量值具有较好的一致性,从而验证了局部简化建模法的工程适用性。在计算机资源有限的情况下,如何对装置模型进行简化计算是科学工作者致力于研究的一项重大内容。局部简化建模法对大型电力变压器电磁热模拟的合理建模,高效的仿真计算具有重要的意义。

基于GaAs激光器性能退化的可靠性度量方法

针对传统可靠性度量方法对高可靠性及长寿命的激光产品进行可靠性度量存在因模型假设不准确而出现可靠性度量错误风险的问题,基于性能退化轨迹提出了利用非参数局部线性回归估计对实际的退化模型进行直接估计的方法.该方法在确定实际模型后,利用失效阈值外推获得伪失效寿命时间,进而采用完全寿命时间数据进行可靠性度量.最后通过对GaAs激光器的退化数据进行可靠性验证分析,结果表明此方法提高了可靠性的预测精度,拟合程度高,稳健性好.采用非参数局部线性回归估计方法得到的结果合理、准确.

可靠性度量中的不确定信息处理

在可靠性度量中,除常见的随机不确定信息,还普遍存在着模糊不确定信息,因此在传统可靠性分析的基础上,基于模糊理论提出一种综合处理随机不确定信息与模糊不确定信息的可靠度计算方法,获得能同时处理概率密度函数与隶属函数的可靠度计算模型;并且在改进型证据理论的基础上对不同来源的可靠性信息进行融合处理,提出两种信息融合方式。研究结果表明,在随机性与模糊性并存的情况下,此可靠性度量模型能够较好地处理随机信息与模糊信息,所得结果有很高的准确性,并且能够动态地反映可靠度的计算机理;信息融合方法能够较好地处理不同来源的可靠性信息,对多源信息情况下的可靠度计算提供一种处理方法。

配电网可靠性的云综合评判法

配电网可靠性的大小对整个电力系统的可靠性具有重要影响,因此,配电网可靠性水平的整体评判在电力系统可靠性分析中尤为重要。为此,提出了一种评判配电网可靠性的云综合评判法。首先,建立了配电网可靠性的多目标、多层次评判指标体系并确定指标体系中各指标的权重大小;然后,提出了底层指标云化评语的确定方法及上、下级指标的云化评语关系式。最终,列举实例说明了云综合评判法的计算过程,得到了配电网可靠性的云化评语,根据云化评语对该配电网做出了可靠性评价,并对影响该配电网的指标进行了必要分析。结果表明,云综合评判法评判配电网可靠性水平是有效可行的。

基于区间分析的非概率可靠性分析方法

如果已知的不确定信息较少,难以得到参量的概率模型,可以考虑尝试采用非概率可靠性分析方法。首先将参量表述为区间变量的形式,通过安全域的面积与基本区间变量总面积的比值来衡量结构的可靠度。给出了不同应力强度组合关系下的非概率失效面面积的计算方法,对比分析了应力、强度分别服从均匀分布和正态分布情况下,概率可靠度和非概率可靠度之间的关系,最后通过典型算例验证该分析方法。

串联系统的可靠性评估方法

若要对某个对象的可靠性进行评估,首先必须获得大量与对象的可靠性有关的初始信息。这些信息可能同时蕴含多种不确定性,包括随机性、模糊性、不完全可信性、不确知性等。初始信息中的不确定性必然导致评估结果也蕴含不确定性。但目前常用的评估方法既不能同时处理、也不能在评估结果中综合体现这些本质各异的不确定性。为此,提出了一种基于D-S证据理论的评估方法,以解决上述问题。该方法适用于任一具有独立功能的对象,其主要特点为:针对对象的每个评估指标建立一项证据,并通过"证据的组合"来得到评估结果。本文围绕"证据组合"做了充分的预处理和后处理工作,从而避免了信息丢失,保障了评估结果的合理性。在此基础上,提出了一种适用于串联系统的可靠性评估方法。

基于电磁声发射的金属板裂纹检测实验研究

通过对金属部件进行电磁加载会在金属裂纹处激发出声发射信号,利用这一现象可以实现对金属结构件的无损检测。本文对电磁声发射技术的原理与实现进行了深入分析,设计了相应的电磁加载实验装置,并针对铝质薄板试件进行了电磁声发射试验,通过对实验采集信号进行时频分析,研究了电磁声发射信号随加载条件和试件类型的变化规律,验证了带裂纹金属上能够产生电磁声发射现象,为该技术的工程应用打下了良好的基础。

多种不确定性并存情形下的非常规可靠性度量方法

多种不确定性(如随机性、模糊性和不完全可信性)并存的情形在现实中很常见,但此情形下的可靠性度量并未得到充分研究。本文基于模糊理论和云理论提出了一种适用于上述情形的可靠性度量方法,即:首先针对应力、强度中的模糊变量,根据其不完全可信性采用云理论对其隶属函数进行云化处理,并在不同可信度下获得以上、下隶属函数描述的正态云生成区间值Fuzzy集;然后对上、下隶属函数进行处理,使其拥有概率密度函数的数学特征,进而采用常规的应力-强度干涉模型计算可靠度的上、下限,构造一个可靠度区间,最终获得一条由一系列可靠度区间及其相应的可信度构造的分布曲线,以此作为可靠性度量结果。本文方法不仅可综合处理多种不确定性,且能使更多信息保留在可靠性度量结果中。

电磁超声体波方法对内部孔洞缺陷检测研究

电磁超声是一种新型的超声检测方法,其具有非接触、不受工作环境影响、易于激发多种类型的超声波等优点。本文研究了电磁超声体波对结构件内部孔洞缺陷探测问题,首先利用离散点源实现对电磁超声声场的分析;而后利用有限元方法对电磁-结构多场耦合建模,研究超声体波在体内缺陷处的波型转换以及模式转换后爬波在缺陷表面传播情况;最后利用电磁超声体波对孔洞缺陷的尺寸、位置进行了定量检测。有限元计算结果与简化解析求解得到较好的验证,本文为电磁超声对体内孔洞缺陷的应用评估提供良好基础。

施加水平磁场下电磁声发射与裂纹指向特征分析

声发射检测方法对金属构件进行健康检测的关键问题:通过合适的载荷使得构件产生声发射信号。现阶段大部分声发射检测均采用接触式离线加载,声发射检测采用可在线检测的非接触式电磁加载。从电致位错、自由电子运动理论出发,在微观层面探究电磁声发射的机理特征;研究静磁场与涡流分布作用下电磁声发射特征差异;基于声发射信号的非平稳特征,利用希尔伯特黄变换方法分析电磁声发射特征。通过改变水平磁场激励方向,实现本征模态函数的能量比值、互相关系数、特征本征模态函数时频图与裂纹指向特征之间的关系联立。