电磁耦合谐振式无线电能传输系统的建模、设计与实验验证

分析了电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的工作原理,通过引入漏感变量,建立了T型等效二端口电路模型,并根据二端口传输方程得出电能传输的动态特性。通过耦合系数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条件。根据理论推导,设计了大功率高频功率放大器,并根据约束条件对振荡器参数进行优化。实验结果表明,该系统可以对间距在2.5 m范围内的负载提供能量。该文建模方法可以为电磁耦合谐振式能量传输实际系统的设计提供有效途径。

电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究

电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的发射侧与接收侧同时工作于谐振状态,补偿电容的引入导致系统在不同工况下可能存在多个谐振点。控制策略选取不当,会导致负载接收功率减少、系统性能大幅下降。首先通过耦合模理论建立电磁耦合谐振系统的高阶数学模型,在此基础上深入分析模式耦合因数及品质因数对系统谐振角频率的影响,并得出不同工况下谐振角频率的变化规律。最后根据理论分析设计了盘式振荡器耦合系统进行实验。测量结果表明,实际频率分裂特性与理论推导的函数关系基本吻合,因此可为谐振式电能传输系统的设计提供参考。

超磁致伸缩振动传感器输出特性的实验研究

超磁致伸缩材料Terfenol-D在机械应力作用下,磁化强度会发生变化,这种效应为逆磁致伸缩效应或Villari效应,利用该效应可以制作将机械能转换成电能的振动传感器。进行振动传感器的实验研究,结果表明在合适的偏置磁场和较小的预应力偏置条件下,传感器输出的感应电压峰-峰值较大,传感器输出感应电压的峰-峰值和输入振动信号的频率和幅值成正比。基于电磁学原理和铁磁材料的磁化强度模型,计算振动传感器的偏置磁场和预应力对感应电压输出的影响,并计算振动传感器在机械振动输入条件下的感应电压输出,实验结果与计算结果基本相符。实验结果和计算结果为振动传感器的优化设计和应用打下基础。

基于LabVIEW的电磁超声无损检测系统的设计

针对无损检测技术智能化的需求,提出一种基于Lab VIEW的缺陷在线识别方法。对电磁超声信号进行时域、频域及时频域结构的特征提取,并采用基于类内类间平均距离和序列前向选择相结合的方法进行特征选择;构建基于支持向量机(SVM)的监督学习模型和多种半监督学习模型,并分别进行缺陷识别,结果表明S4VM(S4VM)是一个相对安全的半监督支持向量机;搭建电磁超声无损检测系统,并进行缺陷在线识别实验,实验结果验证了系统的可靠性,并可实现电磁超声缺陷识别的图像化、数字化、智能化和系统化。

基于电弧电磁辐射的故障电弧识别

随着用电系统中非线性负载的增多,根据故障电弧的电压电流特征进行故障电弧识别容易发生故障电弧的误判别。针对该问题,本文自主搭建了故障电弧模拟试验平台,并在不同负载下进行了串联故障电弧的模拟试验。在试验分析的基础上,提出了一种基于电弧电磁辐射信号的故障电弧识别方法,通过故障电弧时域信号的模极大值提取,得到故障电弧的电磁辐射信号特征值,并根据该特征值进行故障电弧的识别。试验结果表明,在计及距离衰减、屏蔽、非线性负载干扰以及传感器测量方位等影响因素的条件下,该方法能够实现故障电弧的有效识别,提高了故障电弧的识别准确率。

电磁加载下铝板闭合裂纹的动态特性分析

板状或类板状金属结构在各类装备中应用广泛,闭合裂纹作为金属疲劳损伤的早期表现形式之一,一直是工程检测中所面临的难题。该文通过对铝板上的闭合裂纹进行电磁加载,激励闭合裂纹处于波动状态,并通过采集和分析应力波实现对闭合裂纹的检测。论文建立电磁加载下金属闭合裂纹的三维有限元模型,并在裂纹界面引入非线性弹簧模型,计算电磁加载下闭合裂纹区域的电磁场和位移场分布特征,分析不同电磁加载条件下金属闭合裂纹的动态特性,并对该检测方案进行实验,验证激励电流和加载位置等参数对电磁加载效果的影响。实验结果表明,闭合裂纹的存在,使得电磁加载下铝板中应力波的二次谐波成分更强。

低压交流串联故障电弧模型及实验

基于电路理论,将电弧等效为时变电阻,提出了一种以电弧电阻和负载参数为变量的电弧数学模型。将电弧电阻看成时间的周期函数,并对电弧电阻进行分区域处理,给出了各区域电弧电阻的数学表达式。应用模型计算不同负载下的电弧电流,计算结果分别与Cassie电弧模型、Stokes电弧模型仿真结果、实验结果进行对比。对比结果验证了此电弧模型的正确性和实用性。此研究可为低压串联故障电弧的诊断提供理论依据。

基于听觉感知任务下的脑电驾驶实验研究

探索在听觉感知的交通信息提示下,进行左右手想象运动对车辆进行辅助控制的脑电特征。受试者在模拟的鸣笛和刹车环境中进行左右手想象运动控制车辆的前进和停止,对采集的脑电进行了基于公共空间模式CSP和线性回归算法的特征提取及分类,识别率达96.67%。结果显示:在与左右手想象运动相关的电极C3、C4上,均表现出右手想象任务引起的脑电幅值高于左手任务,最大幅值差可达120μV。结论:与传统的在视觉感知下进行的左右手想象任务相比,听觉感知任务下的脑电存在着很大优势:(1)两种想象任务引起的脑电幅值差异更大,更有利于信号的提取;(2)脑电的获取可以取代传统的双电极采集方式,选用C3或C4单电极实现。

无取向立式磁屏蔽的性能分析和实验研究

本文基于P21c-M1磁屏蔽模型,对工频下不同电流激励无取向立式磁屏蔽和取向立式磁屏蔽的屏蔽效果进行对比分析,研究无取向磁屏蔽在变压器磁屏蔽中的适用性。本研究中,采用激励线圈精确建模的方式,从总损耗中分离出激励线圈负载损耗,从而得到较为准确的磁屏蔽构件的损耗值。实验和仿真结果表明,在相同电流激励下,由于两种硅钢片的磁性能差异,无取向立式磁屏蔽的屏蔽效果相较于取向立式磁屏蔽有微小的差异。

基于改进的小波-BP神经网络的风速和风电功率预测

为了提高超短期风电功率预测精度,使用改进的小波-BP神经网络方法进行研究。针对预测模型普遍存在的延时问题,先通过离散小波变换将信号分解为高低频段的信号,再用遗传算法优化的BP神经网络分别进行建模,最后求和各层预测信号。由于功率和风速具有混沌特性,用C-C法联合优化重构相空间的参数,以嵌入维数为神经网络输入层节点数。应用于山东某风电场,仿真结果表明,与BP神经网络模型相比,该算法预测风速和功率精度较高,但风速预测值经过实际功率曲线转换后,功率预测精度变差。

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。

基于触头电弧侵蚀的交流接触器电寿命分布特征研究

电寿命是交流接触器的重要性能指标之一,受各种因素的影响,其中电弧电流对触头的侵蚀是最主要因素。该文首先提出将电弧电流作为交流接触器触头系统侵蚀的参量,建立了基于起弧相角的触头磨损数学模型;然后基于损伤累积效应建立了交流接触器电寿命分布特征的数学模型,分析了负荷连接方式对其电寿命分布的影响;最后基于Monte Carlo方法建立了交流接触器电寿命模拟试验模型,并对交流接触器在不同工作状态下的电寿命进行了仿真,得到电寿命分布特征,并与可靠性研究领域公认的耗损型产品的寿命服从威布尔分布结论一致。仿真结果表明,文中提出的交流接触器电寿命分布特征的数学模型可以很好地解释实际使用中电寿命呈现出的分散性,对其可靠性的提高具有重要意义。

基于振动信号样本熵和相关向量机的万能式断路器分合闸故障诊断

为实现对万能式断路器分合闸故障的非侵入式监测和诊断,以分合闸过程中所产生的包含丰富机械特性信息的振动作为信号来源,提出一种基于振动信号互补总体平均经验模态分解(CEEMD)-样本熵和相关向量机(RVM)相结合的万能式断路器故障诊断方法。该方法首先将振动信号通过改进的小波包阈值去噪算法处理;其次采用CEEMD提取若干个反映断路器状态信息的固有模态函数(IMF)分量,依据各IMF分量的能量分布特点,选择其中前7阶进行处理,计算其样本熵形成有效的特征样本;最后通过计算不同故障类型的样本间欧氏距离来定量评价类间样本平均距离,建立基于RVM的二叉树多分类器,诊断得出万能式断路器故障类型。基于所设计的分合闸典型故障模型进行实验。与其他方法的对比实验表明,所提方法可利用相对较少的故障数据样本实现对万能式断路器故障类型的识别并具有较高的识别率;同时实验表明,辅以同一故障类型的样本间欧氏距离,可实现对分合闸故障中三相不同期故障严重程度的初步评估。

计及涡流效应和应力变化的超磁致伸缩换能器的动态模型

文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模型与实验吻合较好。说明所建立的动态模型能较好地描述换能器系统输出应变与驱动磁场之间的关系。根据模型的计算结果拟合出了换能器系统的伯德图,用于指导对换能器系统进行频率跟踪控制。

考虑动态损耗的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型

在热力学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒定律和换能器结构动力学原理的基础上,考虑动态损耗带来的影响,建立了包含磁-机-热的耦合项的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型。运用数值计算方法对所建立的模型进行了计算,计算结果与实验结果吻合较好,说明所建立的多场耦合动态模型能够描述驱动磁场和换能器的输出应变之间的关系,能很好地描述换能器的实际工作状态,为超磁致伸缩换能器设计研发提供理论指导。

不同频率激励下变压器铜屏蔽中涡流损耗的研究

为了研究高压输电系统电力变压器铜屏蔽中涡流损耗的分布,基于TEAM Problem 21基准族中的P21c-EM1简化模型进行了详细的实验研究与仿真分析。采用不同的建模方法对多种工况下激励线圈欧姆损耗进行计算并与测量值对比,得出线圈整体建模无法计算漏磁通在导体本身产生的涡流损耗,线圈单匝建模可以很好地反应实际工况。系统地介绍了变压器结构件杂散损耗传统测量方法以及分析了其缺陷,基于传统的测量方法介绍了一种新的测量方法,即采用实验模型总的损耗测量值减去实验模型中激励线圈损耗的精确计算值得出结构件中的损耗。多种激励条件下铜屏蔽中涡流损耗的计算值与测量值具有较好的一致性,从而验证了该方法的有效性。所得的结果、结论有助于电力变压器、平波电抗器等装置屏蔽结构的优化设计。

磁刺激穴位镇痛诱发的脑电信号特征成分及源定位

背景:针灸是中国传统医学的重要组成部分。穴位治疗作用是否具有生理基础或者只是心理作用一直是争议的焦点。目前临床中常用的穴位刺激方式为手针和电针,很少有关于磁刺激穴位引起脑电活动的文献发表。目的:利用诱发电位来研究磁刺激合谷穴对大脑皮质功能区的影响,探讨磁刺激穴位镇痛机制。方法:18名被试(男13名,女5名)自愿参加实验,选取右侧合谷穴作为靶点目标,距离合谷穴约3cm处的非穴位点作为对照点。磁刺激频率为1Hz,刺激强度为1.76T,实验分别采集磁刺激前、中、后的脑电信号。结果与结论:磁刺激穴位140～170ms后,在F3,F1,FZ,F2,F4,FC3,FC1,FCZ,FC2,FC4等电极处记录到诱发电位晚成分P150。对该成分进行偶极子源定位分析发现P150定位于前扣带回后部,之前的研究已经证明前扣带回不仅参与痛觉认知,还参与痛觉的调制。结果揭示了磁刺激穴位可能的镇痛机制。

Galfenol悬臂梁能量采集器的机电耦合动态模型

依据欧拉–伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律,建立Galfenol悬臂梁振动能量采集器的分布参数机电耦合动态模型,由该模型推导出器件的频率特性表达式。计算在加速度激励下,器件输出的电压、电流、功率和顶端相对位移,并对器件的机电双向耦合重要动力学特性,如短路和开路行为,进行深入研究。计算结果与实验结果的比较表明,该模型能提供器件在低加速度激励时的合理数据趋势,并能预测器件在多阶模态下的机电双向耦合动态特性。建立的模型对于器件的整体性能预估、设计、控制和使用具有重要的指导作用。

考虑迟滞效应影响的动力锂离子电池特性建模

论文以三元锂离子电池为实验对象,在利用线性粒子群优化算法对4种典型的等效电路模型参数进行参数辨识的基础上,比较了这4种模型的复杂度和精度。4种模型中,开路电压均取自标准脉冲实验的主迟滞回线的充电开路电压值和放电开路电压值的平均值。对4种典型模型预测结果误差进行分析,证明了电池极化过程引起的迟滞效应是造成预测结果误差的主要原因。基于此,提出一种改进方法,即构造分段线性迟滞电压函数,修正平均开路电压值和荷电状态之间的关系,以减小迟滞效应引起的预测误差。实验结果表明,提出的方法对多种等效电路模型具有普遍适用性,能够有效提高各等效电路模型的预测精度。

基于触头动态接触压力的触头弹跳分析

根据弹性波原理,以CJ20-25型交流接触器为试验品,采用以压电薄膜为敏感元件制成的触头接触压力传感器,分别测得一相主触头触桥上两个触头的动态接触压力信号,用以研究该相主触头的触头弹跳情况;利用高速摄像机技术分析了触头运动过程中的摆动和振动情况;应用小波工具箱对该触头接触压力信号进行了降噪处理;研究了触头弹跳与触头断通信号的关系以及触头弹跳与合闸相角的关系。由分析结果可见,触头动态接触压力信号可揭示触头弹跳和断通信号的变化原因,合闸相角为60°时,各项指标综合最差。