电器试验选相合闸自适应控制技术及其实现

结合高低压电器试验和研究中对选相合闸装置的实际需求,研究了跟踪输入电压信号频率的选相合闸自适应控制技术,即通过快速傅里叶算法得到输入电压的频率和初相位,并根据待合闸相位输出控制信号。系统设计了以ARM微处理器为控制核心的硬件电路,主要包括ARM中央控制单元、信号调理电路、隔离与电力开关模块、触摸屏等部分。分析了选相合闸装置在检测和数据处理方面产生误差的原因,并给出了解决办法。试验结果表明:选相合闸控制装置工作可靠,实际选相误差小于±1°,有一定的应用参考价值。

Galfenol智能悬臂梁中的频率相关性及其自适应动态控制

利用主振动模态对Galfenol智能悬臂梁进行数学建模,通过对不同频率的悬臂梁位移数据进行研究发现,悬臂梁的模型参数具有频率相关性,频率大于220 Hz时参数的变化较明显。为了克服模型参数的频率相关性,提出一种基于状态观测器的鲁棒性自适应控制算法,通过对模型参数进行自适应识别的方法来改善悬臂梁的控制效果。将该算法与Luenberger观测器进行对比,分别进行数值仿真和试验研究。研究结果表明,自适应观测器可以有效预测悬臂梁的状态变量,所提出的基于死区的参数识别算法,可以抑制悬臂梁高阶模态带来的信号畸变,使模型参数仍收敛于有效值。动态跟踪控制试验表明,驱动频率为100 Hz和500 Hz时,采用相同的初始模型参数仍然可以达到较好的控制效果。

智能交流接触器动态电感测量及合闸位移预测

动态电感和合闸位移是衡量智能交流接触器动态特性的两项重要参数,为对动态电感和位移进行预测,引入空气间隙与等效磁阻之间的数学关系,建立了一种智能交流接触器等效磁路模型。通过在线检测线圈输入电压和电流,实现对动态电感和合闸位移在线实时监测的目的,可有效掌握和评估智能交流接触器的实时动态特性。采用激光位移传感器对接触器动态特性进行同步对比实验,实验结果显示预测位移与位移传感器实际测量位移较为吻合,表明在无需位移传感器的条件下,可有效预测接触器的动态特性。

基于支持向量机回归的智能交流接触器PWM分时控制参数优化

智能交流接触器控制模块PWM占空比的选取要依据设计者经验,造成PWM占空比组合不是最优的,影响接触器吸合动态特性。针对这种情况,提出PWM分时控制策略及支持向量机回归参数优化方法。在不同PWM分时控制组合下测试智能交流接触器动态特性,根据实验数据采用支持向量回归机方法建立PWM控制模型并优化控制参数,应用该模型对预测样本进行评估分析。实验结果表明,PWM控制模型能准确反映接触器吸合动态参数与PWM控制组合之间的内在规律性,对智能交流接触器控制方案的优化设计具有参考价值。

智能交流接触器温度补偿控制策略研究

环境温度及接触器频繁工作会导致线圈温度上升,对接触器吸合产生影响,针对此问题,基于带反馈控制的PWM(脉宽调整)型智能交流接触器系统结构、工作原理及其动态特性,提出一种基于智能交流接触器的温度补偿控制策略。智能控制系统采集实时的输入电压和线圈温度值作为反馈输出控制量,通过特性分析与实验建立动态控制表,根据电压与温度值查表计算输出最佳占空比及其强激磁时间的PWM波,控制接触器合闸。研究结果表明,通过此控制策略能使接触器在各工作温度及阈值电压范围内实现最优合闸,并保证在较高温度下可靠合闸,提高其工作性能、使用寿命和环境适用范围。

基于LabVIEW的智能交流接触器动态性能测试系统

建立了一种智能交流接触器同步信号测试系统。设计了一种带隔离互感器的强弱电接入电路,实现了智能交流接触器强电输入信号和弱电传感器信号的同步采集。测试平台可以准确地对各路信号进行采集,同时可以将各路信号进行同步,实时反映智能交流接触器的各项动态指标。

温州地区太阳能电池板实际发电能力的分析

简要介绍了薄膜、单晶硅和多晶硅太阳能电池板的优缺点以及实现最大功率点跟踪的几种方法.结合温州地区的太阳辐射情况,利用扰动观察法测量了大量的数据,以比功率为衡量标准对三种太阳能电池板的实际发电能力进行了比较.结果表明,不管是在光强很强还是在光强较弱的环境下,单晶硅太阳能电池板的发电能力均最高;对另两种太阳能板,在光强较强时,薄膜太阳能电池板占优势,在光强很弱时,多晶硅太阳能电池板发电能力更强.

考虑电磁续流的智能交流接触器耦合动力学仿真与试验研究

为研究不同续流策略对于接触器分闸动态特性的影响关系,建立了一种基于插值运算的智能交流接触器耦合动力学仿真系统。设计了用于二维插值计算的磁机耦合求解方法,实现了电磁力与接触器动态特性之间的耦合,避免了采用RungeKutta法对耦合模型进行数值求解,提高了程序的运算效率。基于仿真与试验系统,研究了两种不同续流方案下触头支持与动触头的碰撞力大小、分断时间、触头支持速度、加速度等动态参数,并得到最优的电磁续流控制策略。

交流接触器寿命试验系统选相控制技术的实现与应用

在AC-4条件下传统交流接触器的电寿命远小于其机械寿命,主要是由触头分断时产生的电弧对交流接触器触头的烧蚀所致.大量实验表明,触头分断相位不同产生的燃弧能量、燃弧功率不同,即对触头的损害程度也不同.相位控制可以有效减少燃弧能量进而减少触头损耗,所以对交流接触器选相分断控制技术的研究具有重要意义.本文设计了一种交流接触器选相分断控制装置并应用到交流接触器分断特性的研究中.实验表明,该装置能较准确地控制0°到180°的分断相位,选相装置误差小于1°.

基于Adams的智能交流接触器动力学仿真与试验研究

基于有限元方法和Adams软件建立了一套对智能交流接触器动力学特性进行仿真的模型,设计了一种采用二维插值计算的接触器磁机耦合求解方法,通过二维插值表的形式实现了电磁力与接触器动态特性之间的耦合.该方法避免了采用Runge-Kutta法对耦合模型进行数值求解,提高了程序的运算效率.为了对接触器动力学特性进行试验测试,建立了一套多路信号并行采集系统,可以同时对接触器的多路运行状态进行监测.仿真与试验结果对比发现,模型数值计算结果与试验数据吻合度较好,模型可以较好地预测接触器的动态特性.

小型断路器热双金属片电-热-结构耦合仿真及优化

根据小型断路器的工作原理,对热双金属片的温度及形变特性进行了实验研究,并得到小型断路器的脱扣位移.应用有限元软件ANSYS Workbench,构建热双金属片的有限元模型,采用电-热-结构耦合分析方法探讨在不同整定电流状况下,热双金属片的温度分布及形变分布规律等关键特征,为小型断路器热双金属片的设计和优化提供方法与依据.基于有限元软件ANSYS Workbench对热双金属片进行优化设计,根据具体工作状况建立参数化模型,并通过粒子群算法分析寻找最优解,从而设计出热双金属片的理想尺寸,并通过实验验证了该设计分析的正确性和可行性.

Fe-Ga合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析

磁致伸缩力传感器依靠材料磁化强度的改变来表征外部力载荷的大小,研究了基于Fe-Ga合金磁致伸缩逆效应的力传感模型,采用三维有限元方法对力传感磁路进行了优化与设计。为了研究不同磁场和负载对材料磁化强度的影响,以均质能量公式为基础,在均质能量公式中引入以应力和磁场为自变量的吉布斯自由能函数,建立了描述合金磁化强度随应力变化关系的模型。为对模型进行验证,建立了一套磁致伸缩力传感特性测试系统,分别对Fe-Ga合金和Terfenol-D力传感特性进行测试与对比,验证试验表明所建立的模型可以较好预测磁化强度的变化,并且可以预测偏置磁场的影响。在Fe-Ga合金与Terfenol-D的对比试验中发现,Fe-Ga合金对偏置磁场更为敏感,并且磁滞非线性较Terfenol-D更小,由于无退火应力,Terfenol-D在偏置较低时出现负方向的磁化强度。

一种断路器多体动力学仿真方法

提出了一种基于连续介质理论的断路器多体动力学仿真方法,以弹性力学本构方程描述断路器各部件的应力、应变关系;同时结合各部件之间的相互作用关系,依靠约束副描述了连续体部件之间的联动过程;同时分析了时变条件下部件之间运动受力状态以及能量传递关系。所提出的方法不仅可以在宏观上预测断路器的分断位移、分断角速度等,还可以描述时变条件下各部件之间的联动以及部件内部的应力、应变关系。仿真结果显示,各部件承受的最大应力随时间不断发生变化。对分断特性的实验测量结果显示模型可以较好地预测断路器的分断特性。所提出的方法为提高断路器的机械可靠性及设计水平提供了一种新的指导方法。

基于绕组分布函数理论和动态磁网络的两种内置式永磁牵引电机解析建模方法

在高速列车中压大功率应用场合中,较低的开关频率迫使脉冲宽度调制(PWM)变流器采用低载波比的同步调制方式,使得永磁牵引电机的谐波损耗激增,正弦激励下的电机特性仿真分析已无法满足电机全局优化设计需求。高性能永磁牵引电机的设计不仅需要考虑电机结构产生的空间谐波,还需考虑PWM激励带来的时间谐波。有限元分析方法需要大量的计算资源,无法满足快速、准确的优化设计需求。针对此问题,该文分别基于绕组分布函数理论和动态磁网络方法建立两种内置式永磁牵引电机解析模型,对电机空载、正弦与PWM激励额定工况下的电磁特性进行分析,通过有限元分析与实验验证并分析对比两种解析模型的准确性,为PWM激励下永磁牵引电机解析计算提供理论指导。

基于各向异性的Galfenol复合悬臂梁三维非线性耦合模型

通过Maxwell方程研究动态条件下三维驱动磁场的非线性分布,利用弱解式方程将Galfenol合金本征非线性模型与复合悬臂梁结构模型进行耦合,得到基于各向异性的悬臂梁磁机耦合非线性模型。模型仿真结果表明,磁感应强度最大的位置出现在靠近悬臂梁固定端的一侧,悬臂梁机械应变的分布结果与磁感应强度类似。分别利用非周期阶跃信号和周期正弦信号对复合悬臂梁进行试验研究。结果表明,所建立的三维非线性耦合模型可以较好地预测试验数据中的死区部分、线性区间以及饱和区间,由于柔性结构中存在的次谐波扰动,阶跃响应中试验曲线出现小幅波动现象,模型可以较好捕捉试验结果中出现的次谐波扰动特征。

栅片灭弧室灭弧效率的耦合仿真及其测量方法

研究了栅片灭弧室中面向不规则导体的电-磁耦合瞬态建模方法,通过该模型分别求解了栅片灭弧室的稳态和瞬态响应过程。为对模型进行验证,建立了一套可以对栅片灭弧室灭弧效率直接进行测量和评估的测试系统,通过数控瞬时恒流源提供激励电流,利用不同空间位置分布的霍尔芯片,对断路器灭弧室内的磁感应强度进行直接测量,并对其灭弧效率进行计算。试验结果显示所建立的耦合模型可以较好预测栅片灭弧室中的磁通密度大小及其分布。在此基础上研究了不同磁导率和电导率对于灭弧室效率的影响。仿真结果表明,栅片灭弧效率随着栅片磁导率的增大而增加。进一步提高栅片的磁导率,其灭弧效率趋近饱和。当电导率处于较小值时,对栅片灭弧室的效率影响较小;进一步增大栅片的电导率,其灭弧效率将会降低。提高灭弧栅片的电导率可以减小灭弧室内吹弧磁场和磁吹弧力的瞬态响应峰值,增大其瞬态响应时间。

大功率交流恒流源自适应PWM策略研究及应用

在此针对如何减小交流恒流输出波形局部失真带来的谐波问题展开研究,提出了一种自适应脉宽调制(PWM)策略。该策略采用等效面积原理的自适应补偿正弦脉宽调制(SPWM)波方法,即利用小波变换实时分析电流波形畸变的相位和幅值,并根据分析结果动态修正SPWM载波的脉宽,从而实现误差补偿。该补偿算法由基于ARM内核的嵌入式系统完成,通过实验测试验证了该方法的正确性和可行性。测试数据表明:控制算法改进后的各项技术指标均优于改进前。系统最大输出电流可达100 A,电流相对误差不超过0.32%:电流THD小于1.1%,能满足低压电器生产检测领域对恒流输出的要求,有一定的市场应用前景。

具有三自由度的接触器动态特性测试系统设计及实现

通过对接触器测试系统机械结构的设计,实现了激光位移传感器在三个维度内对测量目标快速锁定、切换以及接触器的快速省力安装,提高了接触器动态特性测量的效率。该系统包括可移动测试机构和可调式安装机构。所设计的可移动测试机构集成了各种动态特性参数测试所需要的模块以及可以实现在三维度内对测量目标进行锁定的三轴滑台,达到对接触器动态特性多路参数的实时、快速、同步的测量。所设计的可调式接触器安装机构可以实现不同型号接触器快速、省力的安装。整个测试系统可以显著提高接触器动态特性测试的效率和实时性。

一种交变载荷下Galfenol力传感器结构与能量效率的优化策略

提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构,以Galfenol合金为敏感元件,将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口,可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在传感器工作机理的基础上,提出了一种传感器能量利用效率优化策略,采用封闭结构对Galfenol合金力传感器磁路进行了设计与优化,分别采用二维和三维有限元方法,研究了开放式磁路结构和提出的新型结构在磁路分布以及能量利用效率上的特征。仿真和实验结果表明,所提出的新型传感器结构,不仅在结构上可以增强Galfenol合金中磁通密度分布的均匀性,同时可以大幅提升传感器的能量利用效率,其提升率超过50%,同时对所设计的传感器结构进行加载交变载荷试验,试验结果验证了传感器设计方案的可行性。

基于虚功原理的Galfenol悬臂梁建模与带载特性研究

研究了带载条件下Galfenol驱动器的磁机耦合建模方法,利用离散型能量均分模型(Discrete energy-averaged model)对Galfenol的磁滞非线性和饱和非线性进行建模,可以同时描述合金对于磁场和应力的依赖性。采用虚功原理将能量均分模型与驱动器的结构模型进行动力学耦合,研究了带载条件下驱动器的输出特性,并对不同Galfenol覆盖比时驱动器的驱动能力进行了研究,将计算结果与稀土超磁致伸缩材料(Terfenol-D)和压电陶瓷进行了对比。研究结果表明,驱动器的带载能力随着Galfenol悬臂梁材料覆盖比的增加而增加,材料内部承受的张力也随之增大;Galfenol合金良好的机械性能可以克服负载增加时所承受的张力的变化,解决其他智能材料易产生的失效问题。