电火花点火温度瞬态响应实验研究

为了研究火花放电温度瞬态响应特性,以大能量电火花点火装置为基础,建立了火花放电温度比色测温系统,完成了10 J、100 J和1 k J级别不同电压情况下电火花放电实验,实现了比色测温系统瞬态响应时间的标定,实测得出了不同能量档位电点火过程中火花最高温度、高温持续时间和温度动态变化特性。实验结果表明:Si/Ge比色测温系统响应时间为16μs,可以满足电火花温度瞬态响应要求;对于不同能量档位点火过程,火花点火最高温度均3 000℃,增加点火能量不能显著提高电火花峰值温度,但可以明显增长高温持续时间和高温范围。火花温度瞬态响应结果可为分析电火花点火能量结构、计算有效点火能量提供依据。     

考虑火花放电的杆塔冲击接地特性计算方法

输电线路杆塔遭受雷击时,因杆塔接地电阻的存在,塔身上会产生很高的电位,过高的电位将引起杆塔对输电线路的反击,进而造成输电线短路。为了准确计算杆塔冲击接地特性,以便有效设计接地装置,基于电磁场和电路理论,通过等效半径的方法考虑了土壤中的火花放电效应,建立了杆塔接地装置的时域分析模型。计算结果显示,考虑土壤火花放电效应后的接地装置电位升更加符合实验测量结果,比没有考虑时电位升要低。该算法适用于大电流冲击下杆塔冲击特性的分析计算。     

LCR触发多级多通道火花开关的设计及其性能分析

为了进行电粉碎岩石和等离子体灭菌的实验研究,研制了一种LCR触发多级多通道火花开关。采用μs上升前沿的初级脉冲充电电源对低电感陶瓷电容充电,以火花开关作为短脉冲形成开关。在600Ω负载电阻下,测试了火花开关的工作性能。利用脉冲电源开展水中灭菌实验,考察了开关的工作性能。实验发现:当气体间隙总长为14mm时,开关的导通电压范围为29～45kV。当火花开关的工作电压为34kV时,火花开关平均导通时延和抖动分别为115μs和71μs;负载上峰值功率为1.776MW;电阻上获得的电压波形基本一致,电压幅值在33.4～34kV范围内,电压的上升时间范围为23～28ns;开关的能量损耗为8%,其中触发电路引起的能量损耗为2.163%。火花开关在累计工作2.5万次后,电极烧蚀均匀,厚度无变化。火花开关分别在有、无LCR触发电路情况下连续运行20次的对比实验证明,LCR触发方法能够显著提高多级多通道的火花开关工作的稳定性。     

电火花放电能量及其损耗的计算

为了准确计算不同放电条件下的电火花放电能量,对系统中的能量损耗进行了量化分析。对3种常用放电能量的计算方法进行比较分析,并在此基础上系统地研究了不同放电过程中电容残余能量和电路损耗能量的损耗率及其变化规律。结果表明,当电容储存能量在2 mJ~2 J之间时,随着储存总能量的增大,因电容残余能量造成的能量损耗率由1%增大到20%,电路损耗能量占总能量的比例由70%减小到5%,而整个系统的能量损耗率由70%减小到20%。因此,直接通过电容上的储存能量来计算火花放电能量会产生一定误差,应采用积分求解法来计算火花放电能量。当电容储存能量较大时,误差较小,可以直接通过电容上的储存能量计算得到放电能量。     

伪火花开关自放电电压特性与电压跌落过程实验研究

设计了典型参数下的伪火花放电开关,进行了空气介质下的电压特性实验,详细研究了气体压力,电极间隙距离,电极孔径和电极材料对伪火花开关耐受电压的影响;给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线;测量了产生伪火花放电的气压范围和单间隙伪火花开关耐受电压的最大值,测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压,并对实验结果进行了理论分析。研究了伪火花开关电压跌落时间与放电电压的关系,首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段,讨论了放电电路参数,气体压力,开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响。实验表明,在气压和开关结构不变的条件下,暂态过程时间由放电电压决定,电压越高,则所需时间就越短;稳态过程时间由放电电路参数决定,而与放电电压无关。最后讨论了真空洁净程度和开关加工与装配工艺对伪火花开关耐受电压的影响。     

静电放电火花能量耦合特性研究

研究了典型静电放电火花的点燃能力和火花能量的耦合特性。研究认为点燃一般可燃气体和一般可燃粉尘云的静电放电的临界火花直径分别约为 0 .1、0 .5mm ;电晕放电的点燃能力很弱而传播型刷形放电的点燃能力很强 ;料仓堆表面放电的有效点火能量可考虑为 10mJ ;典型静电放电火花的放电时间基本上不影响火花的点燃效果 ;不同类型的静电放电火花点燃可燃物过程的能量耦合效率不同 ,可高达 10 0 % ,也可能 <1%。     

气体间隙放电火花电阻的光谱诊断

火花电阻是影响开关能量传输效率、寿命的重要因素,为了对其进行准确测量,提出了一种利用光学诊断获得气体间隙放电火花电阻的方法。首先利用光谱仪测量脉冲电压下气体间隙火花放电的发射光谱,获得了不同放电发展阶段和通道内不同位置的电子温度、电子数密度,并根据Spitzer电导率修正公式得到不同放电阶段火花通道的电导率。然后通过通道径向成像后谱线长度计算了不同阶段火花通道的外径,结合放电通道外径与电导率即可得到火花放电通道电阻。结果表明:随着放电发展,火花通道等离子体的电导率先迅速增大后逐渐减小,最后保持在104 S/m左右;火花通道电阻从绝缘状态骤减至0.1Ω左右然后基本维持不变,通道电阻值与过去文献中所提出的经验公式计算结果基本一致。随着电流增大,通道电导率基本不变,通道半径增大,通道电阻减小。随着气压增大,放电通道等离子体的电子温度降低,电导率减小,导致通道电阻增大。     

压电振动能量收集系统中二极管整流电路的RC等效模型分析

为了方便分析压电振动能量收集系统的电气特性,基于等效前后压电能量收集系统输出功率相同的原则,提出了将整流器和滤波电容等效为RC电路的方法。分别分析了全波整流、倍压整流电路的电学特性,推导了RC等效电路中等效电阻和电容的计算表达式,并仿真分析了负载等效前后的功率变化曲线。分析结果表明,整流器和滤波电容等效为RC电路的方法是可行的。     

有轨电车制动能量回收系统控制策略的研究

针对有轨电车现有的制动方式存在能量回收利用率低、制动效果差、系统抗干扰能力差、回收方式单一等问题,通过对制动方式、能量回收、能量存储、能量传输等方面进行了研究,针对现有制动方式的缺陷进行改进,设计了有轨电车制动能量回收系统.该系统采用超级电容作为能量存储器,利用超级电容充电时间短、放电电流大的特性,从根本上克服了传统制动电阻发热量大、能效低的问题.该系统回收能量通过DC/DC变换器向同一线路其他有轨电车提供能量,也可通过DC/AC逆变器向其他辅助系统提供能量,较传统制动方式在系统的稳定性、可靠性以及回收效率有极大地提高.MATLAB/Simulink仿真实验结果表明,此系统通过对制动能量的回收,有效提高了有轨电车的能量利用率和局部电网的负载容量及稳定性,并且该系统操作简单,寿命长,具有较好的应用和推广价值.     

基于新型故障电弧模型的电弧能量特性分析

建筑物低压配电系统中频繁发生的电气火灾现象主要由故障电弧引起。电气火灾发生的频率和严重程度与故障电弧释放能量的大小密切相关。为此,分析了故障电弧引起的电路特征变化,根据该特征建立了能描述发生故障时电弧电路动态变化特征的新型故障电弧时变电阻模型,利用该模型计算了不同负载情况下故障电弧的电压、电流。在此基础上,分析了不同负载条件下故障电弧能量特性,并讨论了故障电弧的能量与负载有功功率、功率因数的关系。研究结果表明,负载有功功率越大、功率因数越小,故障电弧释放的能量越大,越容易引发电气火灾,需要重点进行故障电弧检测与防治。     

二冲程活塞发动机点火系统的设计与仿真

针对传统点火系统进行优化设计,提出一种高能高速活塞发动机用点火系统,尤其适用于二冲程高速汽油活塞机。该设计利用变频反激变换升压电路提升点火线圈充电电压,并在点火线圈中反向嵌入永磁体增加点火能量,最后将提高点火线圈功率开关的钳位电压提高至800 V,提升了火花塞的击穿等级,理论计算和仿真结果表明,所提出的设计思路可以有效提升点火系统的点火能量和点火频率。     

基于继电器阵列的激光功率自动换档测量方法

传统的激光功率测量方法是将光电探测器输出的光电流接人到由运算放大器搭建的I/V(电流/电压)转换电路中,通过手动开关或模拟多路开关切换不同的反馈电阻接入电路从而实现多档位大量程的测量.针对手动切换档位的操作复杂性以及多路模拟开关内阻大、承载电流小等缺点,设计了一种利用高灵敏度信号级继电器阵列控制反馈电阻切换实现的大量程激光功率自动换档测量方法.经实验测试,该方法相比于传统切换档位测量方法更为精确、快捷、可靠.     

考虑土壤火花放电的接地装置暂态特性全时域电网络模型

杆塔接地装置的冲击电阻是影响输电线路耐雷水平的重要参数之一,研究接地装置的冲击特性对输电线路的雷电防护具有重要意义。高幅值雷电流作用下,接地装置周围土壤会发生火花放电,使得其冲击特性与工频特性有显著的区别。为解决频域电路理论在对雷电流和响应电压进行傅里叶变换过程中需要忽略掉大量高频分量的问题,该文建立了考虑土壤火花放电的接地装置暂态特性全时域电网络模型。针对低阶精度时域差分法计算得到的响应电压存在局部锯齿状波形的问题,推导出了电网络模型的p-order精度时域差分解。结果表明,(3~5)-order精度时域差分法计算得到的响应电压波形平滑没有波动,能够提高计算精度,并减少计算时间。在武汉特高压试验基地对杆塔接地装置进行了大电流冲击试验,验证了该仿真算法的准确性。     

水中脉冲放电电压波形特性分析

以冲击电压发生器波形和参数的计算模型为基础,研究了水中脉冲放电时的冲击放电电路模型,采用拉氏变换方法列出此电路方程,分析了电压波形特性,得出波前电阻数值越大电压波形峰值越低、上升越平缓,波前时间越长;波尾电阻数值越低则电压波形峰值越高,半峰值时间越长。同时对水中脉冲放电形成等离子体通道等效放电回路电压与电流振荡波形作了研究,放电过程中电路发生RLC振荡,电压初始值为30k V,电流峰值为1.5k A,水中放电等离子体通道电阻随时间变化,它不仅与电极间距离有关,而且与电容器的电容量C及初始电压值均有关。经过几个衰减振荡周期后,电阻值迅速增大,电流趋于零。计算和仿真相结合,有一定的参考意义。     

熔断器撞击器冲击实验研究

为了研究熔断器撞击器撞击负荷开关、触发其脱扣分闸的机械性能,文中设计了一套摆锤式冲击能量测试分析系统。基于质点系的动量矩定理,提出了一种利用动量矩分析其冲击特性的新方法:在熔断器撞击器燃弧释放的瞬间,以高采样频率获取瞬时冲击力—时间响应数据,截取有效数据段进行数值积分运算,由此获得撞击瞬间释放能量的时间、行程和冲击能量。通过与传统实验方法计算数据的对比,发现撞击过程中测试系统的能量损失对文中所用测试分析方法的影响较小,极大地提高了熔断器撞击器撞击过程定量分析的精确性。该实验和分析方法简单快捷,对解决低冲击能量的精确计算问题具有指导意义,也可作为熔断器研发的借鉴。     

热电池激活回路电阻变化测试与分析

作为弹载武器系统的理想电源之一,热电池日益发挥不可替代的作用;而热电池激活回路作为与武器系统对接的电气接口,其作用过程电阻的变化将直接影响武器系统点火电源工作的可靠性和安全性.为了解热电池激活回路电阻变化规律,本文设计了测试电路,对某桥丝类电点火头作用过程及采用其装配的热电池在贮存和工作过程中的电阻变化趋势进行了测试分析.结果表明:从激活电能输入到电点火头作用,激活回路电阻有持续时间2 ms左右的2％ 微升;随后是由热电池的引燃条燃速和结构设计决定的持续时间约100 m s近似开路状态;最后由于内部高温和压力等的作用使激活回路电阻处于短路和开路之间的随机值.该结论有望为两个及以上单元热电池组的激活电路的设计提供参考,有助于武器平台激活电气系统的安全、可靠点火电路的控制设计.     

空间相机电接口静态测试

为了有效控制空间相机电子系统各个模块以及整机的的电气技术状态,降低系统直接上电带来的潜在故障风险,提出了系统上电测试前的电接口静态测试方法。方法:首先,对空间相机电接口进行了定义和分类,给出了常见空间相机电接口的测试方法,论述了空间相机电接口静态测试在确定相机状态预防潜在上电风险的有效性,同时建立了数字万用表的电阻档测试模型,讨论了不同电路在万用表测电阻中的特性和注意事项。结果:实验结果表明在空间相机上电测试前进行电接口的静态测试,在元器件单点失效的情况下,该方法能够有效地确认电接口静态技术状态,降低相机上电测试的安全风险。     

含有理想变压器的电阻性电路本质安全性能分析

对于含有理想变压器的电阻性电路,由于存在阻抗变换特性,一次侧和二次侧的本安性能需要在不同电压等级下进行评判。在放电电流线性衰减模型和最小点燃曲线的基础上,分析了变压器阻抗变换特性对电阻性电路本安性能的影响,得出理想变压器电压高压测点燃危险性高的结论。最后通过火花试验指出放电能量服从正态分布,并从放电能量角度验证了上述结论。     

高压失电时斩波串级调速系统逆变侧电子保护电路的设计

针对斩波串级调速系统高压失电时接触器保护和快切保护不能有效保护设备内电力电子器件的问题,设计了带电子保护电路的主回路拓扑结构,分析了高压失电时斩波串级调速系统的暂态过程;在模拟带载试验平台上对电子保护电路的调速系统进行测试。测试结果表明,高压失电时调速系统不投电子保护和投入电子保护的故障冲击电流分别为额定值的10~12倍和2~3倍;电子保护电路中限流阻值越大,故障冲击电流越小;故障电流的理论计算值与实测值基本相符,相对误差3%;验证了电子保护电路能有效解决有源逆变结构下的高压失电或者逆变颠覆的问题。     

被动电装甲高功率脉冲电路参数特性分析

为了获得被动电装甲作用于射流的最佳电流波形,研究了电感、电阻、电容及充电电压对被动电装甲放电电流波形的影响规律。在此基础上,重点研究了装甲结构变化对电感的影响及在脉冲电流作用下射流电感、电阻的变化规律。首先在稳态条件下,利用电感经验计算公式计算,得到了影响装甲结构电感的主要因素为装甲板间距与装甲板宽度的比值;接着本文首次考虑脉冲电流通过铜射流时产生的趋肤效应(电流上升)及反趋肤效应(电流下降)对电阻和电感的影响,基于能量原理,利用计算得到的射流上的电流分布,得出了一种等效电阻电感的计算方法,并对直径4 mm的射流进行了计算。结果表明:射流的电阻突然增大后又很快趋于稳态电流作用下的电阻值,而电感突然减低后又很快增大至稳态电流作用下电感的1.8%;最后通过测试实验证实了计算方法的正确性。结论认为:在能量一定的情况下,增大电压比增大电容更有利于提高脉冲电流的梯度和峰值;在装甲板距离一定的情况下,应尽量增加装甲板宽度以减小装甲板结构的电感;趋肤效应有利于减小整个系统的电感,获得更大的电流梯度。