高电压真空断路器的技术进展

高电压真空断路器涉及高电压真空绝缘．大电流真空开断．额定电流与温升．机械特性．真空灭弧室外壳绝缘以及容性电流开断．小感性电流开断等诸多技术领域。具有高度的技术挑战性。     

基于真空灭弧室与SF6灭弧室串联的混合断路器

论述了基于真空灭弧室和SF6灭弧室串联的混合断路器开断能力提高的原理,分析了混合断路器两灭弧室的介质恢复过程。结合混合断路器开断能力提高的机理提出了混合断路器对其操动控制机构的要求,设计了一种基于真空灭弧室与SF6灭弧室串联的光控模块式混合断路器实验模型。实验模型能满足分析混合断路器中真空灭弧室与SF6灭弧室在不同时刻协同动作开断容量增益特性的要求,其协同动作时间分散性在微秒级。实验对比了SF6断路器与基于相同SF6灭弧室串联真空灭弧室的混合断路器短路电流开断能力,证明在不增加SF6气体使用量的前提下,混合断路器具有比SF6断路器更加优越的开断能力。     

外部接线对横磁场触头结构真空断路器开断能力影响的分析

计算了手车结构中外部接线对真空灭弧室弧柱的电动力,认为横磁触头结构真空断路器在开断大电流时,外部接线产生的电动力是导致开断失败的主要原因。建议尽量缩短真空灭弧室两端径向引出线的长度,以减少外部接线对灭弧室开断能力的影响。     

混合型直流真空断路器触头技术——现状与发展

基于强迫换流原理的混合型直流真空断路器(hybrid direct current vacuum circuit breaker,HDCVCB)是直流开断技术的有效方式之一,其参数设计及开断能力决定于真空灭弧室的特性。介绍了混合型直流真空断路器的典型拓扑结构及其工作原理,对真空电弧理论和真空灭弧室触头结构的研究概况进行了阐述。分析了直流分断中电流波形与交流中的正弦波不同、电流下降率大、燃弧时间可控等特点,得到了其分断能力与换流电流投入时电弧形态和电极状态密切相关的结论。对不同触头结构下的真空电弧形态演化规律,不同条件下的真空灭弧室的强迫换流分断特性与介质恢复规律等实验研究工作进行了综述,最后对直流真空灭弧室的研发进行了展望。     

AMF与TMF高频磁场特性仿真对比分析

真空灭弧室的灭弧性能与真空灭弧室触头的磁场特性密切相关,其中纵向磁场(AMF)灭弧技术与横向磁场(TMF)灭弧技术应用最为普遍。基于人工零点的高压直流真空断路器,引入高频震荡电流帮助开断,为了分析真空断路器开断高频电流情况下的磁场特性,文中建立了两种类型的触头结构进行有限元仿真,对比分析真空灭弧室磁场特性以及触头片涡流情况。结果表明:在高频电流开断情况下,横磁结构触头与纵磁结构触头相比有更好的磁场特性分布;触头片涡流是影响纵磁结构触头磁场特性恶劣的关键因素,而对横磁触头间隙磁场特性几乎没有影响。     

大开断电流真空灭弧室触头材料含气量允许值理论判据

本文根据真空灭弧室在开断短路电流燃弧过程中灭弧室内动态压力的变化从理论上推导出触头材料含气量、灭弧室有效容积、触头电弧侵蚀率和开断电流之间的关系,给出了大开断电流真空灭弧室触头材料含气量最大允许值的理论判据。     

大开断电流真空灭弧室触头材料含气量允许值理论判据

本文根据真空灭弧室在开断短路电流燃弧过程中灭弧室内动态压力的变化从理论上推导出触头材料含气量、灭弧室有效容积、触头电弧侵蚀率和开断电流之间的关系,给出了大开断电流真空灭弧室触头材料含气量最大允许值的理论判据。     

真空灭弧室开断大电流后的绝缘劣化

通过实验研究了三种不同触头材料的真空灭弧室在作大电流开断操作后冲击耐压水平的下降情况后发现,随着开断电流的增大,弧后冲击耐压水平逐渐降低.当开断电流接近真空灭弧室的极限开断电流时,冲击绝缘水平有较大幅度的下降;采用工频电压作用下的高压火花老炼处理,可以使尚未达到电寿命极限的真空灭弧室的冲击耐压水平基本得到恢复.     

真空灭弧室弧后介质强度恢复的不稳定性

本文通过测量真空灭弧室弧后恢复电压和屏蔽罩电位的波形，发现在弧后介质强度恢复过程中，屏蔽罩 电位波形在接近真空灭弧室极限开断电流时，会产生严重的无规律畸变，并伴随有弧后残余粒子消散时间的延长。从而证实真空灭弧室的弧后介质强度的恢复过程不仅存在着速度的快慢，而且存在着不稳定性，这种不稳定程序随极限开断电流的临近而加剧。它与真空灭弧室 的弧后击穿和开断失败有着密切的联系。     

串联真空灭弧室工频预击穿电流的自均压作用

为给多断口真空断路器的开发提供理论和试验依据,进行了小开距下单断口和三断口真空灭弧室的工频电压击穿试验。工频电压击穿试验结果表明,三断口真空灭弧室的各断口电压分布在总电压的上升过程中得到了一定的改善,设计了双断口真空灭弧室的工频电压分布试验验证了该结论。真空灭弧室在工频电压作用下会同时流过容性电流和预击穿电流,故引入了预击穿电流对上述试验现象进行分析,提出了串联真空灭弧室的工频预击穿电流具有自均压作用。仿真得到的场致发射电流和试验得到的预击穿电流波形基本一致,表明真空短间隙的击穿主要是由场致发射引起的。而真正决定断路器开断成败的是暂态恢复电压,指出了多断口真空断路器不能仅依靠这种自均压作用,还需配置合理的均压措施。     

同步机矢量控制系统电流电压模型的理论分析

本文从理论上详细分析了西德西门子公司同步机矢量控制系统中的电流模型和电压模型，及两模型之间的切换和平滑过渡，对阻尼绕组电流，气隙磁通进行了计算，结果表明，理论推导过程是正确的，结论符合实际。     

摩擦焊接用电磁振动头的仿真分析与实验研究

振动摩擦焊接是近些年发展迅速的一种新型无缝焊接技术。在设计了一种新型的双边激励的电磁式振动头的基础上，采用将磁场简化为磁路进行分析计算的方法建立振动头的简化数学模型，并根据变分原理及非保守系统拉格朗日方程得出系统的运动方程。在考虑了气隙变化对绕组电感和电磁力幅值的影响后利用Simulink仿真分析了该振动头的动态特性。对不同频率下绕组电流波形的仿真结果表明，在发生谐振的时候，系统气隙的周期变化会在电流中产生很多谐波，并在谐振点附近可以获得足够的振幅。实验结果验证了仿真分析的正确性，证明了该振动头的设计方案可以满足振动摩擦焊接的工程实际需要。     

A Mathematical Analysis of the Glow and Dark Space Regions in Positive Corona

The authors present a mathematical analysis of the electric field, current density, and charge density in the entire airgap in positive dc corona in cylindrical geometry. The currents are found using the Townsend breakdown theory and the Sarma empirical equation for the ionization coefficient in air. Since the ionization coefficient is a function of the local field intensity and the electric field distribution depends on the ionization process, an iterative numerical method was used. White-head's empirical formula describing the conductor surface onset field intensity as a function of the conductor radius was used to establish the field intensity at the point in the gap where the ionization process begins. The results show good agreement with available experimental data on particle-charging.     

沿面击穿型触发真空开关的触发实验研究

为给触发真空开关(TVS)在脉冲功率系统多级放电中的应用提供参考和设计依据,通过空载和通流两种触发实验研究了一种沿面击穿型的TVS,对比分析触发间隙电阻和触发电压两个参数变化规律的实验结果表明,在通流实验次数不多时存在触发间隙电阻增大、触发电压减小的趋势,原因在于沿面击穿型TVS工作过程中主间隙电流的作用远大于触发电流的作用,而主间隙电流的作用取决于大电流电弧以及金属蒸气沉积的效果。     

谐振型限流器过电压保护电路拓扑设计与优化

谐振型限流器的电容器因故障电流引起过电压,传统过电压保护技术不适合限流器的系统工况。该文提出了新型过电压保护电路方案。该电路采用避雷器、晶闸管阀、间隙和快速开关等保护器件,保护器件特性不同,需与之相适应的阻尼回路也不同,其组合可构成多种拓扑结构,文中建立了3种拓扑类型数学模型,分析了阻尼电路的电流应力变化情况,从中优化了拓扑结构。阻尼参数影响电流陡度和振荡时间,通过仿真计算优化了阻尼参数。故障电流和电容器放电电流叠加使晶闸管阀体承受巨大的电流应力,建立晶闸管阀热阻抗模型,分析了暂态温升变化。仿真试验结果证明设计原理的正确性和可行性。     

基于梯形波相电流驱动的六相交流感应电动机性能

为了实现六相感应电动机的励磁磁场和电磁转矩直接控制,提出了梯形波相电流来驱动六相交流感应电动机,并对其性能进行研究.首先采用理论分析和有限元分析对气隙磁场和电动机的电磁转矩进行了计算.其次,利用所构建的六相电动机的实验装置对理论分析结果进行了佐证.该六相电动机控制策略的最大优点是可以实现励磁磁场和转矩电流的直接控制而不需要派克变换,另一个优点是通过六相定子分布,合成的磁场电流可以产生一个近似的方波气隙磁场,使电磁转矩的输出得到极大的提高.     

基于自抗扰控制的双馈发电机无速度传感器控制

针对传统PID技术难以实现高精度控制,引入自抗扰控制技术,应用气隙磁链定向的矢量控制原理,建立基于变速恒频双馈发电机的转子电流自抗扰控制模型.采用扩张状态观测器对电压方程中的耦合项和气隙磁链等扰动项进行观测并加以补偿,提高了系统的跟踪性能;并用含转子角转速的观测估计值算出转子角转速,实现了无速度传感器控制.通过Matl...     

Performance Analysis of a Three-Phase Induction Machine With Inclined Static Eccentricity

Fault diagnosis is gaining more attention for electric machines running critical loads, whose sudden breakdown can result in unpredictable revenue losses. Consequently, the motor drive systems with fault diagnostic and prediction features are of great concern and are becoming almost indispensable. Among all kinds of common faults, quite a few have relationship with unequal air gap. So far, work on detection of eccentricity-related faults in induction and synchronous machines has been well documented. However, a few are reported on faults resulting from axial nonuniform air gap. This paper investigates the performance of a three-phase induction machine with nonuniform static eccentricity (SE) along axial direction or inclined SE. A variant of modified winding function approach is applied to study this fault. The relationship between the number of rotor bars and poles, and the existence of fault-related current harmonics is discussed. It is shown that inclined eccentricity also demonstrates similar characteristics such as circumferential nonuniform air gap (SE). More importantly, it has been proved conclusively that inclined eccentricity symmetric to the midpoint of the machine shaft cannot be recognized from the current spectrum and would therefore require some other form of detection. Finite-element results to verify the inductance values used in simulation are also presented. The analysis is supplemented by the stator current spectra obtained from simulated results for different load and fault conditions. Finally, a four-pole 45-rotor-bar 2-kW induction motor is used to validate the theoretical and simulation results experimentally. Both current as well as vibration spectra are presented     

放电间隙异常对准稳态情况下500 kV母差保护的影响分析

分析了一起因电流互感器二次接线盒内放电间隙金属片短接引起的保护电流回路缺陷。基于保护电流回路图,搭建等效电路模型。同时对在准稳态情况下因放电间隙金属片短接所引起的流入500 kV母差保护电流分流情况进行基础理论分析。在此基础上结合简化等效电路模型搭建Pspice电路仿真模型,进一步阐释此异常对500 kV母差保护装置采样电流的影响。最后结合500 kV母差保护逻辑,在准稳态情况下分析放电间隙异常对500 kV母差保护功能的影响。     

Negative differential resistance in graphene-nanoribbon–carbon-nanotube crossbars: a first-principles multiterminal quantum transport study

We simulate quantum transport between a graphene nanoribbon (GNR) and a single-walled carbon nanotube (CNT) where electrons traverse vacuum gap between them. The GNR covers CNT over a nanoscale region while their relative rotation is 90^°, thereby forming a four-terminal crossbar where the bias voltage is applied between CNT and GNR terminals. The CNT and GNR are chosen as either semiconducting (s) or metallic (m) based on whether their two-terminal conductance exhibits a gap as a function of the Fermi energy or not, respectively. We find nonlinear current-voltage (I–V) characteristics in all three investigated devices—mGNR-sCNT, sGNR-sCNT and mGNR-mCNT crossbars—which are asymmetric with respect to changing the bias voltage from positive to negative. Furthermore, the I–V characteristics of mGNR-sCNT crossbar exhibits negative differential resistance (NDR) with low onset voltage V _NDR?0.25 V and peak-to-valley current ratio ?2.0. The overlap region of the crossbars contains only ?460 carbon and hydrogen atoms which paves the way for nanoelectronic devices ultrascaled well below the smallest horizontal length scale envisioned by the international technology roadmap for semiconductors. Our analysis is based on the nonequilibrium Green function formalism combined with density functional theory (NEGF-DFT), where we also provide an overview of recent extensions of NEGF-DFT framework (originally developed for two-terminal devices) to multiterminal devices.