增强型电磁轨道发射器的电磁场仿真分析

为了分析增强型电磁轨道发射器的电磁场分布和电感梯度的影响因素,介绍了增强型电磁轨道发射器的基本原理,建立了2对导轨结构的增强型电磁轨道发射器的3维电磁场仿真模型,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件对不同几何参数轨道炮的电磁场进行了仿真,给出了不同条件下的磁场和电流密度分布图,对其电感梯度进行了计算,并总结了几何参数对电感梯度的影响规律。仿真结果表明,在综合考虑导轨的机械和热承受能力的前提下,增强型电磁轨道发射器的内外导轨间距越小,电感梯度越大;导轨的厚度越小,电感梯度越大。与单对结构相比,该结构能够提高轨道电磁发射器的电感梯度1倍以上。     

封装对轨道炮电感梯度的影响

轨道炮封装直接影响其电磁性能.为了研究不同封装材料及封装尺寸下轨道炮电感梯度的变化情况,本文推导了电枢的受力公式,阐明了电感梯度的物理意义,建立了计算电感梯度的二维有限元模型,对四种典型属性材料作封装时轨道炮的电感梯度进行了计算,给出了不同的封装材料及尺寸下轨道内部电流密度和空间磁力线分布图,通过对比分析结果得出了电感梯度随封装材料属性及其几何尺寸变化的规律,提出了轨道炮封装的设计原则.文章结论对于轨道炮的设计与制造有重要参考价值.     

串联并列增强型轨道炮电磁特性分析

介绍了串联并列增强型轨道炮基本结构与原理,采用有限元分析方法,仿真分析了轨道内电流分布、炮膛磁感应强度、电感梯度值在50Hz半周期正弦电流激励下的特点。结果表明,串联并列增强型轨道炮在幅值为200kA的50Hz半周期正弦波电流作用下,轨道不同位置电流出现幅值和相位上的差异,出现的电流密度最大值为763MA/m~2,轨道边缘电流相位超前于轨道中心位置处;5ms时刻磁感应强度最大值为7.004T,磁感应强度呈中心对称分布;5ms时刻电感梯度值为7.48μH/m,此时可产生电磁发射力为150kN。分析认为串联并列增强型轨道炮具备良好的电磁发射特性,本研究为该轨道炮的设计提供了依据,对实用化轨道炮技术研究具有一定的参考价值。     

电磁轨道炮的电路建模及参数特性分析

利用非线性暂态电路仿真计算分析了电磁轨道炮系统的几个参数对系统性能的影响特性,包括脉冲功率电源的电容值及时序触发时间、调波电感及其电阻值、续流二极管和晶闸管电阻、轨道的电阻梯度和电感梯度参数等,系统性能指标为电枢加速时间和出口速度.在参数灵敏度分析的基础上,设计了一个电磁轨道炮系统.     

瞬态情况下电磁轨道发射器的电感梯度

电感梯度是电磁轨道发射器的重要参数,其值的计算对于发射器结构设计以及预测电枢的运动行为具有重要意义。为此,从磁能的角度出发,推导了二维瞬态情况下电感梯度的表达式。通过求解磁场控制方程,得到了轨道中电磁场的扩散行为。结果表明:在电流从趋肤状态扩散到稳定状态的过程中,电感梯度值为相应高频电感梯度值到低频电感梯度值之间的递增曲线;电流处于下降沿或者材料电导率改变时,均会改变电磁场的扩散行为,进而影响电感梯度变化曲线;研究认为:瞬态情况下电感梯度值与电磁场扩散行为有关,而涡流是影响电磁场扩散行为的重要原因。     

电磁轨道发射器的几何尺寸对电感梯度的影响

电感梯度是影响电磁轨道发射器性能的重要参数,主要由发射器结构的几何尺寸决定。为此,从Biot-Sa-vat定律出发,考虑了发射过程中轨道上电流分布的趋肤效应,推导了矩形口径电磁轨道发射器电感梯度的理论解析式,通过数值算例研究了结构几何参数对电感梯度的影响规律,并与现有的电感梯度公式进行了比较。结果表明,在小口径电磁轨道发射器中,当轨道厚度从1/3倍口径变为1倍口径时电感梯度降低约20%。由于充分考虑了电枢和轨道几何参数的影响,给出的电感梯度理论公式更符合实际情况。     

增强型电磁轨道发射技术现状及发展趋势

电磁发射技术是将电磁能转化为动能的新型发射技术，具有初速高、初速可调、性能稳定等优点。增强型电磁轨道发射技术是电磁轨道发射技术的重要分支，具有电感梯度高的显著优点，近年来成为电磁轨道发射的研究热点之一，理论研究和工程应用均取得了较大进展。文中主要介绍增强型电磁轨道发射技术的工作原理，分析近年来相关研究机构在建模、计算仿真、试验验证等方面的主要研究成果，总结并分析近年来国内外研究现状及进展。分析结果表明，增强型电磁轨道发射技术具有增加装置等效电感梯度、降低驱动电流幅值、提升内膛寿命、提高有效载荷比等优点，但也带来电子器件使用限制、装置复杂性和绝缘风险增加等问题，提出了场路耦合计算仿真、一体化绝缘、长寿命、大张力成型、弹炮匹配等关键技术，进一步厘清增强型电磁轨道发射技术和装置的发展及应用方向，加快推进其工程化应用进程。     

增强型电磁轨道炮瞬态温升时空分布

轨道瞬态温升时空分布特性对于增强型电磁轨道炮发射效率具有极其重要的作用。该文从接触电阻瞬态特性、枢轨接触压力瞬态特性的角度,对轨道电阻焦耳热与摩擦热共同影响轨道瞬态时空温升的分布特性进行研究。通过发射试验得到的炮口电压、轨道电流、电枢位移等数据建立这几个物理量之间的数学模型,计算分析了增强型电磁轨道炮枢轨接触电阻瞬态特性,获得了轨道接触电阻焦耳热分布;应用瞬态接触压力计算方法模拟枢轨接触压力的瞬态特性,获得了轨道摩擦热分布。为研究轨道瞬态温升时空分布特性,通过电枢运动位移、速度与时间的关系,对轨道进行分段建立瞬态温度场计算模型并采用电-磁-热耦合的计算方法,得到了以电阻焦耳热与摩擦热为热载荷共同作用下的轨道温升时空分布特性。数值模拟结果表明:随着电枢高速运动,摩擦热随之逐渐上升,接触电阻热较小;发射过程中临近炮尾的轨道温升较大,表明了炮尾轨道为热管理的关键部位,为电磁轨道炮的热设计提供了理论依据。     

三维有限元法求解无轴承开关磁阻电机电感

以一台12/8结构的无轴承开关磁阻电机为研究对象,选用不同未知量作为自由度,分别采用双标量磁位法、矢量磁位法和棱边有限元法对电机进行建模及计算,分析端部效应对电机磁场特性的影响;利用增强型能量增量法计算电机主、悬浮绕组的静态电感,研究无轴承开关磁阻电机的电感特性.通过与电感二维计算值和测量值的比较得到:无轴承开关磁阻电机端部效应严重,在不对齐位置处2D计算误差较大;棱边有限元法相对于另两种三维方法在求解高度非线性磁场问题时具有较高的计算精确度.     

增强型脉冲大电流直线驱动装置的场路协同仿真

为了分析增强型4轨平面串联直线驱动装置的转化效率及其能量分布,选择场路协同分析方法,基于MATLAB Simulink和COMSOL平台,建立了脉冲大电流直线驱动装置模型.仿真结果通过与试验数据进行对比,验证了计算模型的可靠性.该模型可实现驱动装置电感梯度和电阻梯度等重要参数和驱动装置的转化效率、出膛速度以及驱动装置能量分布情况的仿真计算,为结构优化提供了高效可靠的计算模型.根据计算结果可以发现,驱动装置的电气参数不仅受电流频率影响,还与电流幅值相关;驱动装置的输入能量中,分布在轨道的能量最多,约50％,绝大部分能量转化为了焦耳热,约54.15％,仅27.76％的能量转化为电枢的动能.     

基于PSCAD的城市轨道交通牵引供电系统建模与仿真研究

阐述了城市配电网中轨道交通牵引供电系统建模与仿真技术研究的研究背景和意义,然后基于PSCAD软件,从配电系统侧（外部电源）、主变电所、环网电缆、牵引变电所、牵引负荷、牵引接触网、回流钢轨、滤波器等8个方面初步构建了一个城市轨道交通牵引供电系统仿真模型。最后从内电感、外电感以及总电感三个指标出发,研究了一种牵引线路电感的计算方法。     

电容驱动型轨道电磁炮电磁过程的计算机仿真

为研究电容驱动型型轨道电磁炮的轨道长度选择问题及发射大质量物体的可能性,首先分析电容驱动型型轨道电磁炮发射时的电磁过程,并推导描述电磁过程的方程.在此基础上,利用Simulink建立仿真模型及方案.仿真结果表明,在实际可用的电压范围内,电容驱动型轨道电磁炮的轨道长度可选择在15m以内;利用电容驱动型轨道电磁炮可以实现对大质量物体的发射.     

开关磁阻电机变参数自适应控制

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有严重的非线性,绝大部分SRM控制器采用电流滞环调节器.在补偿被控对象非线性方面,变参数自适应控制是非常有效的方法.采用基于SRM电感模型的变参数自适应控制,对SRM运动电势和电感的非线性进行了有效的补偿.仿真和实验结果表明,该控制方法对于非线性严重的SRM具有很好的控制效果.     

电感不对称对双绕组永磁同步电机无位置传感器控制的影响

本文研究电感不对称对双绕组永磁同步电机基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制的影响。基于Ansoft/Maxwell建立有限元仿真模型,分析双绕组永磁同步电机两种工况下的电感波形。仿真结果表明由于绕组结构的非对称性,单个子电机工况下三相电感不再对称,d-q轴电感产生较大波动。理论推导了非恒值d-q轴电感条件下脉振高频电压注入法的数学模型,证明了该方法对电感波形有较高要求。通过Simulink搭建仿真模型,研究电感不对称对双绕组永磁同步电机高频注入法控制的影响,并且dSPACE实验平台上进行验证。仿真和实验结果表明,两个子电机同时运行工况下,基于脉振高频电压注入法的无位置传感器控制可以正常运行;但在单个子电机运行工况下,由于d-q轴电感存在较大波动,PLL锁相环并不能有效跟踪转子位置,导致无位置传感器控制无法正常起动。     

三级重接式电磁发射系统的仿真与实验

重接式电磁发射是一种利用磁力线重接来推动发射体前进的电磁发射形式,发射体受力正比于线圈电感梯度与回路电流二次方的乘积.设计建造了三级重接式电磁发射实验系统,该系统使用箱形线圈和板状发射体,并采用脉冲电容器组作储能元件.基于重接式电磁发射的电路方程和运动方程,并结合实验系统参数的实测与拟合,用四阶Runge-Kutta法建立了发射体运动过程的数值仿真模型.实验结果与仿真所得运动规律相一致.在三级发射过程中,发射体经历三次加速,每次加速都在各级电容器组向线圈放电后很短的时间和距离内完成,发射体终速度明显随电容器组初始充电电压增大而增大.当电容器组初始充电电压为4000V时,质量为160g的发射体获得的三级发射终速度为27.1m/s.     

Fractional‐order mutual inductance: analysis and design

This paper introduces for the first time the generalized concept of the mutual inductance in the fractional‐order domain where the symmetrical and unsymmetrical behaviors of the fractional‐order mutual inductance are studied. To use the fractional mutual inductance in circuit design and simulation, an equivalent circuit is presented with its different conditions of operation. Also, simulations for the impedance matrix parameters of the fractional mutual inductance equivalent circuit using Advanced Design System and MATLAB are illustrated. The Advanced Design System and MATLAB simulations of the double‐tuned filter based on the fractional mutual inductance are discussed. A great matching between the numerical analysis and the circuit simulation appears, which confirms the reliability of the concept of the fractional mutual inductance. Also, the analysis of the impedance matching using the fractional‐order mutual inductance is introduced. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于过程集成的电磁轨道炮脉冲电源多目标优化

利用数值仿真方式研究电磁轨道炮脉冲电源系统——多级电容储能系统。首先利用系统仿真软件Simplorer V7搭建脉冲电源模型,进而仿真观察发射过程。弹丸发射速度和脉冲电源系统效率是设计者最关注的两个目标,而导轨及电枢材料又限制了弹丸的最大加速度,因此有必要找出在一定储能下的最佳参数配合(弹丸质量、各级储能段触发时间),使得弹丸发射速度最大,同时系统有较高的效率。本文基于过程集成的思想,使用优化软件iSIGHT,应用解决多目标优化问题的优秀算法——NSGA-II来求解上述的多目标问题的Pareto最优解。优化后的参数配置明显提升了发射速度,同时提高了系统效率。Pareto解集的多样性也给设计者在权衡速度和效率时更大的选择范围。在优化结果的基础上,对弹丸质量、触发间隔与发射速度、系统效率之间的关系做了进一步的讨论。