电磁驱动器驱动线圈温度场数学模型研究

电磁驱动器是用脉冲或交变电流产生磁行波来驱动带有电枢弹丸的发射装置,利用驱动线圈和电枢间的磁耦合机制工作,本质上是一台直线电动机。热损耗影响电磁炮的效率和性能,驱动线圈内过高温升会降低线圈的机械强度和绝缘材料的绝缘性能影响其使用寿命,甚至会烧毁线圈,所以在提高线圈炮初速和射速时必须考虑温升的影响。分析了线圈炮结构原理及发射原理,在单级感应线圈炮机电模型基础上建立了单发瞬态温度场数学模型,根据传热学原理建立了驱动线圈多发稳态等效热路模型以计算线圈内部导热。     

驱动线圈绕制结构对线圈式电磁发射装置性能的影响

感应线圈发射装置的驱动线圈大多采用传统的均匀绕制结构,这可能导致发射效率偏低.为此采用改进的非均匀绕制结构,改变磁场梯度分布,使得最佳触发位置提前,磁场径向分量增大.基于Comsol有限元软件的电磁-结构耦合模型分析了单级感应线圈发射装置的动态工作过程,对比分析传统型线圈与改进型绕制结构驱动线圈的电磁场分布、轴向电磁力等参数,进一步研究了驱动线圈结构参数对出口速度的影响.结果显示,线圈安匝数相同时,改进绕制结构的线圈产生的出口速度较传统线圈增大68％.显然,改进绕制结构的驱动线圈能够提高线圈式电磁发射装置的发射效率,使弹丸获得更高的出口速度.     

单级感应线圈发射装置动态特性仿真及实验验证

为提高单级感应线圈发射装置发射性能,建立了单级感应线圈发射装置的等效数学模型;分析了电枢受力的影响因素。结果表明,电枢受力大小取决于驱动线圈和电枢的电流大小及它们之间的互感梯度。通过电磁场有限元计算的方法,瞬态仿真分析了电容器参数及触发位置对单级感应线圈发射装置出口速度的影响。得出了驱动线圈电流、加速电枢电磁力及电枢速度的变化规律,并进行了实验验证,仿真结果与测量值吻合较好。     

具有开断效应的绝缘子雨凇防覆冰方法

输电线路覆冰灾害及其预防措施已成为一个迫切需要解决的问题。在输电线路及绝缘子防冰措施的研究中,利用表面材料对绝缘子表面进行修饰,使绝缘子表面具有发热、超疏水等特性,减缓甚至阻止过冷却水滴在绝缘子表面冻结的研究思路引起了许多学者的兴趣。基于电热型防冰涂料,提出了一种具有"开断效应"的绝缘子涂层防冰结构,即将半导体硅橡胶涂覆于绝缘子底部,绝缘子上表面不作涂覆,利用过冷却水滴与涂层形成的回路产生焦耳热进行防冰。在实验室中分别对洁净绝缘子和具有开断结构的涂层绝缘子进行了防冰对照试验,试验结果表明:具有开断结构的涂层绝缘子均具有较好的防冰效果,同时能够最大程度地减小能耗;应用具有"开断效应"半导体涂层的绝缘子防冰方法具有良好的实验室防冰效果,涂层的稳定性、耐候性以及配置方式将是以后研究工作的重点。     

三维无线电能传输线圈磁场的仿真分析

感应线圈作为一种无线电能发射装置,其产生的磁感应强度是影响其电能传输效率的重要因素之一。本文利用ANSYS建立了感应线圈的3D有限元模型,采用棱边单元法对发射线圈进行了求解分析,给出了发射线圈磁场强度的分布情况。通过改变线圈直径、线圈匝数、线圈匝间距的不同设计参数,分析研究影响磁场强度的因素以及改变这些关键因素来增强磁场强度,分析结果为优化感应线圈提供了理论依据。     

220kV防冰闪型复合绝缘子冰闪特性

由覆冰引起的输电线路绝缘子绝缘特性下降是导致电网事故的重要原因之一。为此,研究了220kV复合绝缘子的覆冰电气特性。针对220kV的防冰闪型复合绝缘子进行污秽模拟及覆冰过程试验,采用恒压升降法获得复合绝缘子50%闪络电压U50%及其标准偏差σ50%,并测量了其在覆冰条件下的电压分布情况。结果表明:在相同条件下,防冰闪型复合绝缘子的冰凌桥接时间比普通绝缘子的冰凌桥接时间延缓了约5倍,但是其单位长度覆冰质量比普通绝缘子增加了约0.6kg/m。覆冰情况下防冰闪型复合绝缘子的50%闪络电压U50%比普通型复合绝缘子高11.4%,电压梯度Eh高7.8kV/m。因此,优化复合绝缘子的伞形结构可改善其冰闪特性。     

绝缘子防冰涂料应用分析

针对绝缘子防覆冰闪络方面缺乏有效的措施和方法,也鲜有现场应用实例的状况,为此介绍了国内外采用涂料方法防范绝缘子覆冰问题的研究现状,并从防冰涂料对覆冰形态、绝缘子泄漏电流等方面的影响,分析了清华大学提出的1种结合憎水性和表面发热特性的有机半导体防覆冰涂料(以下简称半导电防冰涂料)的防冰原理的可行性.在广东北部清远、韶关地...     

具有开断效应的半导体防冰涂层绝缘子外绝缘性能的试验研究

绝缘子表面的覆冰会引发覆冰闪络,造成停电事故。在绝缘子表面部分涂敷半导体防冰涂料是一种良好的防冰方法,并且已经在几个试验点挂网运行,然而需要对涂有防冰涂料的绝缘子的外绝缘性能做进一步研究。使用XHP-210型瓷绝缘子,对涂有半导体防冰涂料和未涂涂料的绝缘子进行人工覆冰、污秽和淋雨试验,测量并记录了覆冰桥接度、泄漏电流和闪络电压。试验结果表明,半导体防冰涂料的防冰效果良好,提高了覆冰闪络电压,同时在污秽和淋雨条件下的闪络电压高于普通绝缘子。这表明半导体防冰涂层绝缘子的外绝缘性能明显优于普通绝缘子。研究成果可为半导体防冰涂料在输电线路绝缘子上的应用和进一步推广提供重要的参考价值。     

一种新型绝缘子防冰涂料的性能研究*

研发了一种基于电热效应和冰水开关原理的绝缘子防冰涂料,设计了涂料的应用方式及在绝缘子表面的喷涂方案。试验表明该种涂料具有良好防覆冰性能,可有效阻止冰层在绝缘子表面的形成。涂料绝缘子的雨闪、污闪耐受试验表明该涂料在非覆冰期基本无损耗,其污闪电压也高于无涂料绝缘子,具有良好的综合效能。     

半导体防覆冰RTV涂料设计研究

目前输电线路上所应用的绝缘子防污闪的涂料主要是室温硫化硅RTV橡胶涂料。绝缘子涂覆RTV涂料后,不但提高了绝缘子表面的憎水性,其表面积聚的污层也获得不同程度的憎水性,然而当涂层被冰层覆盖后会失去憎水性。基于此,提出在具有一定防冰效果的憎水性基础上,把硅橡胶涂料改性为半导体涂料,其具有憎水特性和半导电特性两大特点,直接涂覆在瓷绝缘子表面即可形成防覆冰涂层。憎水特性可减小冰层与材料表面的粘附力及覆冰密度,并改变覆冰的形态,但不能延缓或防止覆冰。     

局部对流换热对输电线路高频激励融冰的影响

在覆冰导线高频激励融冰温度场的分析与计算中,局部对流换热对温度场及高频激励融冰模型有很大影响。对此,文中分析了高频融冰过程中的热量损失和对流换热的影响因素,通过Ansys有限元软件对高频激励融冰模型的电磁场和热分析与计算,揭示了局部对流换热对高频融冰模型温度场及其迎风侧和背风侧的影响,表明了局部对流换热使导线背风侧覆冰先融化脱落,迎风侧覆冰后融化脱落。覆冰导线外表面的温度随对流换热的系数增大而下降,下降速度随对流换热系数增大而减缓。该研究成果有利于进一步改进和优化高频激励融冰计算模型。     

对流换热对覆冰导线高频融冰温度分布的影响

根据流体力学的基本原理,应用有限元分析软件ANSYS建立覆冰导线高频融冰时的外流场模型,得到覆冰导线高频融冰时的周围空气流场、压力场分布规律及覆冰导线表面对流换热差异性。分析了高频融冰过程中的热量损失和对流换热的影响因素,通过电磁与热分析,揭示了高频激励融冰过程呈不均匀非对称融冰规律,覆冰导线迎风侧压力大、温度低,背风侧压力小、温度高,表明不均匀对流换热使覆冰导线背风侧先融化,迎风侧后融化。在环境温度和覆冰厚度一定的条件下,覆冰导线外表面温度随对流换热系数的增大而降低。     

多级电磁感应线圈炮的级间耦合特性

多级电磁感应线圈炮在发射过程中,前面各级驱动线圈放电产生的磁场和电枢自身感应电流产生的磁场都会耦合进入下一级驱动线圈,对驱动线圈的加速性能产生影响。基于多级感应线圈炮等效电路模型,建立了带有续流二极管的多级感应线圈炮数学模型,得到了其推力方程和运动方程。基于电磁感应定律,分析了2种耦合因素作用时下一级驱动线圈中感应电动势和感应电流的变化。基于场路耦合,对多级感应线圈炮进行了仿真,得到了不同情况下的耦合特性。研究结果表明:多级线圈发射中存在耦合效应;根据耦合磁通的不同,后面各级驱动线圈上会产生正向或反向串联的电动势;正向串联电动势有利于线圈炮的加速。     

±800kV直流输电线路重冰区导、地线脱冰冲击敏感因素浅析.

结合±800 k V直流输电线路重冰区的实际工程数据,基于脱冰数值计算理论,通过数值方法模拟了六分裂导线在不同档数、档距、高差等复合因素影响下导线的脱冰动力响应过程,分析不同参数条件下导线和地线脱冰对悬垂绝缘子串和耐张绝缘串的冲击效应,得到最不利脱冰冲击效应的控制因素。研究表明:不同档距和高差组合下,档距和高差均最大时脱冰后的冲击效应最强;对于连续档,不同档脱冰时,对其相邻档导地线串的冲击效应最大;脱冰水平冲击效应主要受水平档距的影响,垂直冲击效应主要受高差的影响。     

基于脉冲功率技术的高压电场感应取能设计

针对电力巡线旋翼无人机续航能力不足的问题,提出一种基于脉冲功率技术的高压电场感应取能设计。以巡线无人机机载导体作为悬浮电极,在电力线与架空地线之间高压电场中储存感应电能,级联气体自触发开关和电感,并与架空地线构成取能回路,悬浮电极击穿开关气隙对地放电。随气隙放电发展,悬浮电极与电力线、架空地线间分布电容将迅速分压,抑制放电,使气隙间无法形成电弧,而转为高频流注脉冲放电,激发回路高频电磁振荡,通过电磁互感实现电场感应电能输出。文中详细介绍了脉冲功率电场感应取能设计及抑制放电原理,分析取能等效电路并建立了放电脉冲取能模型,在实验室环境下进行物理平台搭建与测试,实验结果证明设计可行。     

梯形磁密作用下同步发电机相电势分析

为了研究带整流负载同步发电机在梯形磁密作用下空载运行时相电势的变化规律,以便对发电机电枢绕组的参数实现优化.依据交流电机绕组设计的基本理论,采用将每极每相线圈产生的感应电势直接求和的方法,讨论了空载相电势随每极每相槽数q、极弧宽度α0及相带宽度αph等参数的变化规律.结果表明:对于整距绕组,随着每极每相槽数q的增大会使...     

电磁推力机构的一种分析方法

基于平行排列的同轴双圆形线圈模型,导出了计算电磁推力的基本分析公式。计算指出:两个单匝线圈的互感、互感对位移的导数在其半径相等时取得极大值。针对一具体算例,通过改变感应线圈的半径,计算了通电线圈的电流、感应线圈的涡流和电磁推力的变化情况。分析结果表明,在线圈电流衰减到零之前,电磁推力会变为电磁吸力,从而引起开关触头合分时的反弹现象。最后给出一种新的电磁推力机构动态分析的方法,藉此可以方便地实现电磁推力机构的综合优化设计。     

电扫描实现旋转磁场跟踪仿真研究

在电磁跟踪系统中,磁场源的优化设计不仅可简化系统结构,还可提高系统性能。设计了一种电控旋转磁场源,并对该磁场源实现电磁跟踪的可行性进行了仿真研究。首先提出了一种立方体磁芯缠绕三轴正交方形线圈,通过控制3个正交线圈激励电流强度,实现合成磁感应强度矢量旋转的磁场源方案;之后,采用有限元分析法,通过仿真软件ANSYS对其空间磁场分布情况及激励电流对磁场分布的影响进行了仿真研究。仿真结果表明:可以通过控制三轴线圈的电流强度,控制立方体三轴正交线圈合成的总磁感应强度最大值的方向,实现磁场的"旋转"。该磁场源方案符合电扫描实现旋转磁场跟踪的要求,为下一步的实际系统设计提供了依据。     

直流融冰装置与同杆并架线路间的相互影响

直流融冰装置对解决输电线路的覆冰问题起到了巨大作用。使用直流融冰装置对同杆并架双回线中的一回线进行融冰时,由于线路之间电磁耦合和静电耦合的作用,另一回交流线路（以下称为并架线路）会对融冰装置的运行产生影响。文中通过实时数字仿真器（RTDS）与实际融冰装置的控制保护设备组成的闭环系统进行了仿真研究,结果表明:融冰装置不会影响并架线路的运行;并架线路会对融冰装置的50 Hz保护产生影响,应改进50 Hz保护的逻辑或适当提高动作整定值;断开并架线路的交流断路器会对融冰装置的接地电流产生冲击,应适当提高接地电流保护的动作整定值;对同杆双回线路进行融冰时,应注意选择融冰方式。     

一种四定子双边直线感应电动机数学模型和工作特性

基于电磁发射特殊需求,设计了一种新型四定子双边直线感应电动机,提出了此新型四定子双边直线感应电动机的电磁模型,分析了电机上、下定子在动子上所感应涡流的耦合特性和上、下定子端部相邻绕组的耦合特性,建立了这种新型直线感应电动机的耦合等效电路模型。基于等效电路模型,分析了上、下定子以及动子上、下等效绕组相关物理量的耦合性质与电机工况间的关系,研究了动子上、下等效绕组相关物理量在数学上实现解耦的工况条件。实验结果验证了所做研究分析的正确性。