550kV隔离开关的电场仿真分析

为研究气体隔离开关内部电场分布情况,建立了550kV混合气体隔离开关的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS APDL软件对其灭弧室内部进行电场仿真计算分析,得到了在额定开距状态下两触头之间最大电势差时的电压与电场分布,并分别加载正向或反向电压观察其电场分布.仿真结果表明:无论动静触头加载正向或反向电压,动静触头间隙电压分布较均匀且按等势线趋势由高电压向低电压处扩散,且电场分布无较明显不同.动静触头之间电场分布均匀,有利于电弧的开断,静弧触头端点处电场强度较大且局部电场变化梯度大,易产生电击穿现象,在以后的设计中加以改善.     

基于数值分析的铁路真空断路器灭弧室的优化设计

“电气化铁道智能选相控制永磁操动真空断路器”是根据断路器的发展趋势结合电气化铁道的需求而研制的.根据牵引变电站的运行特点,通过对真空断路器基本组成元件真空灭弧室的讨论,分析真空灭弧室内部的电场分布,对其结构进行了优化,将瓷壳台放在静端并金属化,使瓷壳的凸台与屏蔽筒等电位,减小了卡圈狭缝处以及触头之间的电场的冲击,避免了灭弧室在长期的运行中被电场击穿的情况,大大提高了灭弧室的绝缘特性及其开断能力.     

基于数值分析的铁路真空断路器灭弧室的优化设计

“电气化铁道智能选相控制永磁操动真空断路器”是根据断路器的发展趋势结合电气化铁道的需求而研制的．根据牵引变电站的运行特点,通过对真空断路器基本组成元件真空灭弧室的讨论,分析真空灭弧室内部的电场分布,对其结构进行了优化,将瓷壳台放在静端并金属化,使瓷壳的凸台与屏蔽筒等电位,减小了卡圈狭缝处以及触头之间的电场的冲击,避免了灭弧室在长期的运行中被电场击穿的情况,大大提高了灭弧室的绝缘特性及其开断能力．     

典型缺陷对高压储能电容器电场分布的影响

根据电容器的绝缘和工作特点,建立了内部、接触、重叠和油质4种典型缺陷模型,并用有限元方法分析二维平面轴对称电场.结果表明,内部缺陷处的电场强度可能超过介质额定工作场强,而且空间电荷密度越大,大脉冲放电负峰电压下的电场分布畸变越严重;接触缺陷的毛刺和氧化点均造成电场集中;重叠缺陷处的电场超过介质额定工作场强;油质缺陷处的电场强度小,也基本不受空间电荷的影响.     

牵引变流器的EMC建模与仿真

针对牵引变流器尺寸较大且内部结构复杂的特点,简化了变流器模型,并依据各模块不同的电磁骚扰强度和频率设计出适当辐射源模型,选用SOLIDWORKS软件作为三维建模工具,采用HFSS软件对牵引变流器进行仿真,参考实测的电流电压数据,添加激励源模拟出其内部及其对外辐射的电场与磁场分布情况,仿真结果基本符合实测情况,该仿真为预测牵引变流器电磁场分布提供了参考信息,也为设计牵引变流器的电路拓扑及屏蔽外壳提供了一定依据.     

基于OrCAD的可控硅开关功放的仿真研究

介绍了一种特殊的大功率可控硅开关功率放大器,分析了其电路在不同工作频率下的3种工作状态,并就自然换流状态建立了其等效电路模型,基于OrCAD环境下设计了低阻高效的循环模拟开关,并利用它仿真了自然换流状态下的等效电路模型,这种仿真方法能计算出功率放大器在任意点的电流电压值.且仿真数据能较真实地反映系统在任何时刻的工作状况.     

轴频电场中接触电阻的实验研究

为分析验证接触电阻对轴频电流回路的影响,通过简化舰船轴系结构提出了接触电阻物理模型并进行了接触电阻实验.电阻试件接通恒定电流,利用Powertest软件编写加载方案为试件加载均匀增加或周期循环的接触压力.利用LabVIEW软件编写采集程序对电阻试件两端电压进行实时采集,并计算接触电阻变化曲线.实验结果表明,接触压力是接触电阻的重要影响因素,也证明了接触电阻是产生轴频电场的一个影响重要原因.     

爆炸活塞式高速开关的分析与设计

提出了一种爆炸活塞式高速开关,它是一种新型大容量高速电路开断装置.介绍了爆炸活塞式高速开关的工作原理,采用ANSYS热电耦合仿真进行了通流能力设计,计算了装置炸药量,用LS-DYNA仿真进行了爆炸气缸抗爆强度的设计,综合这3个步骤设计了380V/2 000A装置样机,并通过试验验证了样机的性能.试验中装置主载流体开断时间约116μs,动触头分离初始阶段平均速度约8.5 m/s.该装置与其他爆炸式高速开关相比,具有易更换,炸药安全性、稳定性高,炸药用量小等优点.     

水平往复大位移作用下整体桥台后土压力计算方法

为研究强震和温度作用下，整体桥台产生的水平往复大位移对桥台与台后填土相互作用的影响，进行了整体桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验，并基于试验结果研究了大位移作用下整体桥台后土压力的分布规律；根据台后土压力分布，提出了台后土压力合力作用点位置与加载位移之间的关系式，并在现有研究的基础上给出了改进的整体桥台后土压力计算方法。研究结果表明:正向加载(桥台挤压台后土)时，台后各处土压力随加载位移的增加先增大后减小；台背处和台后20%桥台高度处土压力受桥台位移的影响更大，沿深度方向呈梯形分布；台背处土压力分布中，由于台底H形钢桩的约束，最大土压力位于入土深度0.875 m处，台底位置的土压力则略有减小；台后60%桥台高度和1.4倍桥台高度处土压力受桥台位移影响较小，沿深度方向呈三角形分布；负向加载(桥台背离台后土)时，台后土压力沿深度方向呈三角形分布，且台后各处土压力与加载位移不相关，其值相对于正向加载时可忽略；水平往复大位移作用下，整体桥台后土会产生脱空现象，脱空范围超过桥台高度的37.5%；台后土压力沿纵桥向呈指数型衰减，且相比小位移作用下衰减得更快；台后土压力合力作用点位置随加载位移的增大而逐渐降低，且台后土压力系数与加载位移具有明显的非线性关系，呈现先增大后减小的规律；现有土压力计算方法未考虑桥台位移的影响或认为台后土压力在桥台发生小位移时随桥台位移的增大而增大，发生大位移时则基本不变；提出的土压力拟合公式的判定系数为0.92，计算值与试验值的相对误差为6.2%，可作为现有土压力计算方法的有益补充。      

基于电容电压平衡的三相四开关整流器FCS-MPPC策略

针对三相四开关整流器电容电压不平衡,进而影响系统稳定性的问题,提出了电容电压平衡的三相四开关整流器有限控制集模型预测功率控制策略.在控制系统的价值函数中,引入抑制电容电压波动目标项,以保持直流侧电容电压平衡,既兼顾有功/无功功率脉动最小且能有效地平衡电容电压,最终实现网侧电流谐波含量低、波形质量好、系统稳定性高.仿真测试结果验证了所提方法的有效性.     

两层介质中水平时谐电流产生的电场

为了研究舰船轴频电场的建模,在麦克斯韦方程理论基础上推导了两层介质中水平时谐电流在本层介质中产生的磁矢量势公式和时谐电场三分量公式,并通过数值方法仿真分析了海水中水平时谐电流产生的电场三分量的分布特性.通过将仿真结果与实验室船模轴频电场测量数据对比表明,舰船轴频电场分布特性与水平电流所产生的电场分布特性相似,因此可以由时谐电流电场的叠加来对舰船轴频电场建模.     

双缘COT调制数字电压型控制Buck变换器分析

为了提高恒定导通时间(constant on-time, COT)调制开关变换器的输出电压稳压精度,基于COT调制和双缘脉冲宽度调制的特点,提出了一种工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode, CCM)的开关变换器双缘恒定导通时间(dual-edge constant on-time, DCOT)调制方法.介绍了DCOT调制数字电压型控制Buck变换器的工作原理,对比分析了COT调制和DCOT调制数字电压型控制Buck变换器的稳态性能和瞬态性能.结果表明:相比于COT调制,采用DCOT调制的数字电压型控制Buck变换器提高了输出电压的稳压精度,其大小为输出电压纹波峰峰值的50%,且瞬态调节时间减少了1个开关周期.最后,通过仿真和实验结果证明了理论分析的正确性.      

空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.      

高频谐波电场下电缆终端过热点的形成机理

为解决高频谐波电场下应力控制型电缆终端绝缘迅速损坏的问题,探讨了高频谐波电场下应力控制型电缆终端过热点的形成与谐波电压频率之间的关系.对中压电力系统高频谐波电场进行了模拟试验,对其电缆终端进行了红外热成像分析以及瞬态非线性电场分析.研究结果表明:在高频谐波电场下,电缆终端表面局部区域形成明显的过热点,过热点的温度随叠加谐波频率的增加而升高;叠加的高频电压成分对过热点的形成具有较大影响,导致在局部区域形成明显的高场效应;随着谐波电压频率从100 Hz增大到20 kHz,该电缆终端局部区域的电场和发热量都呈现明显增大的趋势.     

带疏散通道的高速铁路隧道内列车风分布特征

采用数值方法对高速列车在带疏散通道的隧道内列车风时程变化规律和空间分布特征进行了研究.结果表明,测点处列车风的风速在车头与车尾经过时变化较剧烈,隧道纵向列车风最大值出现在列车完全进入隧道后的时段,且车头、车尾附近的列车风以横向风为主.隧道内会车时,列车风的时程变化规律与单车运行情况下基本相同,由于列车风反向叠加,两车之间的列车风风速很小,且在在隧道内呈中心对称分布.近列车疏散通道内纵向列车风变化规律与隧道中线附近的列车风基本相似,而远列车侧疏散通道内纵向列车风风速变化相对缓和.     

高铁接触网接触线对车厢内乘客电磁辐射研究

为了有效评估高铁接触网接触线在车厢内产生的低频电磁场对车厢内人体健康的安全性,基于有限元软件COMSOL Multiphysics,构建一个集司乘人员、车厢和辐射源为一体的电磁模型,仿真计算了车厢内人体感应电场和感应电流密度大小.研究结果表明,接触网接触线所产生的低频电场在人体躯干中所产生的感应电场和感应电流分布不均匀,其最大值分别为E_(max)=1.276mV/m、J_(max)=8.832 8μA/m~2;在人体头部中枢神经系统中感应电场最大值为E_(max)=1.149 9mV/m,感应电流密度最大值为J_(max)=0.983 7μA/m~2.对比《电磁环境控制限值》(GB 8702-2014)中公众暴露的控制限值,文中计算结果均远远小于GB 8702-2014规定的控制限值.仿真计算结果说明接触网接触线所产生的低频电场对车厢内司乘人员的健康不会构成健康威胁.     

接触网高压隔离开关的机械故障诊断新策略

随着铁路线路的快速发展,高压隔离开关成为使用量最大的高压设备。接触网隔离开关的运行可靠性对保障牵引供电的稳定运行有着重要意义。K-means作为一种十分有效的聚类分析工具,通过处理电机电流采集系统监测得到的隔离开关电机电流信号,计算获得簇中心及其位置的变化并以此作为判断隔离开关故障情况的依据,分类后的高压隔离开关机械故障为后续的监测和诊断提供了直观的表述。但是由于高压隔离开关机械故障的复杂性,以及K-means算法自身的局限性,本文提出一种改进的K-means算法,通过结合自适应权重和遗传算法(genetic algorithm,GA),避免了K-means算法在依赖初始值和局部收敛等弊端,通过实际数据进行仿真,验证了该方法的有效性。据此可对高压隔离开关的机械故障进行分类并且作为接触网隔离开关故障分类和检测的依据。     

三相级联H桥光伏并网控制研究

级联H桥多电平逆变器由于开关管承受应力较小,且并网电流谐波含量低等优点,使得其在高压大容量光伏并网发电系统中,具有广阔的应用前景。级联H桥多电平逆变器光伏并网发电存在光照强度和温度不均匀、光伏板老化或被遮光等问题,会造成级联H桥逆变器各相输出功率不平衡,从而导致并网电流不对称。文章以基于DC/DC变换器的三相级联H桥光伏并网系统为研究对象,提出了一种零序注入法,通过特定方波减去正序外包络电压得到所需零序分量,使得在各相输入功率不相等的情况下,并网电流仍能与电网电压同相。在MATLAB/Simulink环境下进行仿真研究,结果表明,并网电流谐波含量满足IEEE Std.929-2000标准,能够实现单位功率因数运行。     

舰船轴频电场空间分布特性的实验测量与分析

舰船的腐蚀和防腐电流经螺旋桨转动的调制后在海水中会产生极低频电场,成为一种重要的特征信号源. 文中利用船模在实验室实际测量了轴频电场在海水中的空间分布. 测量结果表明,舰船轴频电场具有很好的空间分布特性, 在螺旋桨的正下方其3个分量通过特性曲线的包络均存在峰值点或谷值点. 文中对国外所采用的轴频电场的抵消方法做了介绍.     

14.4kW PEMFC电堆单体电压均衡性实验研究

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电堆由多个单电池串联叠加而成,材料、工艺和流场分布等因素可能引起单电池性能衰减,电堆运行寿命取决于电压最低的单体电池,电堆中单体电池电压均衡性是影响燃料电池寿命的重要因素.为了解决现有单体电压均衡性评价方法不能全面准确地反映燃料电池电压一致性的问题,探究电堆电流、流场分布和空间位置对单体电压波动率的影响,以14.4 k W PEMFC电堆测试平台为基础进行了单体电压均衡性实验研究.实验分别测试稳态时电堆电流以10 A为步长、从10 A加载到180 A和暂态时从47 A动态加载到112 A的单体电压波动率,加载策略采用恒频恒幅加载控制策略,负载加载的时间间隔为20 ms,电流加载幅值为2 A.首先,运用统计学"掐头去尾"的原则处理电堆稳态电流从10 A加载到180 A的数据,剔除端部单电池前(后)单体电压波动率与电流,分别得到Fourier 3项式和Gaussian2项式函数关系.然后,针对单体电压波动率无法分析电堆电压幅差和故障的缺点,提出将单体电压波动幅值、异众比率、最小距和电压平均差相结合的改进电压均衡性评价方法.该方法以单体电压波动幅值推断电堆电压波动范围,并通过异众比率判断较大电压偏差电池占所有单电池数目的比例,使用最小距表示电压最低的单体电池偏移电堆平均电压的程度,利用电压平均差评价电堆整体波动大小.最后,以电堆从47 A动态加载到112 A时的75片单体电压分布为算例,对传统单体电压波动率与改进的电压均衡性评价方法做对比实验.研究结果表明:虽然传统的单体电压均衡性评价方法测得的波动率为0.77,但很难从电压波动率上反映出电堆各单体电池电压波动程度;改进的电压均衡性评价方法可从电堆单体电压波动幅值、异众比率、最小距和电压平均差多方面综合评价电压的均衡性,其对比实验值分别为40.00、0.04、14.33 m V和2.60 m V,电堆电压幅差较大;电压波动较大的单电池的数量很少,电压最低的单体电池偏移电堆平均电压的程度较小,电堆电压整体波动较小,电堆整体均衡性较好.