基于meat-grinder脉冲电源的感应线圈炮发射性能仿真分析

为了减小脉冲电源的体积,探索电感储能脉冲电源用于感应线圈炮的可行性,在线圈炮系统中引入了电容转换的meat-grinder脉冲电源电路。首先对该脉冲电源驱动感应线圈炮负载的工作原理进行了分析。然后基于Maxwell 2D仿真环境,建立了单级感应线圈炮的2维有限元模型,瞬态仿真确定了触发放电位置,并分析了驱动线圈电感和电容器电容值对发射性能的影响。仿真结果表明:电容转换的meat-grinder电路用于驱动感应线圈炮是可行的;触发放电位置、驱动线圈的电感和电容器的电容值对发射性能都存在影响;选择合理的参数可以提高发射效率。在系统设计时,驱动线圈电感和电容器电容值的选取需要从降低断路开关电压,保持较高发射效率,以及降低电容器容量要求等方面综合考虑。     

加固底座参数对平板线圈电磁发射装置发射性能影响研究

为了研究底座参数对平板线圈电磁发射装置发射性能的影响,采用Maxwell 2D软件建立了二维电磁发射装置仿真模型并分析了底座材料、底座厚度、底座与平板线圈距离对电磁发射装置发射性能的影响。仿真结果表明:用合成纤维底座代替钢制底座,可大幅提高发射装置的发射性能;当采用钢制底座对线圈加固时,在保证机械强度的前提下,降低钢制底座的厚度,同时增加其与平板线圈的轴向和径向距离可有效提高发射装置的发射性能。在对仿真结果分析后,提出了底座的工程设计方法。仿真结果和设计方法对电磁发射装置加固底座的工程设计具有一定的指导意义。     

考虑电枢速度的多级感应线圈炮最佳触发位置

针对多级感应线圈炮中,电枢的速度会影响驱动线圈的最佳触发位置,分析影响电枢受力的变量的特点,给出了电磁力的曲线.基于冲量定理,分析电枢的速度增量与电磁力及其作用时间之间的关系,得出最佳触发位置会随着电枢速度增加而不断提前的结论.为验证理论分析结果,建立感应线圈炮的仿真模型,对不同电枢初始速度下的驱动线圈最佳触发位置进行了仿真.仿真结果和分析完全一致,而且当电枢速度较高时最佳触发位置甚至会提前到电枢处于制动力的位置.通过仿真得到电枢初始速度与驱动线圈最佳触发位置之间的关系曲线,并据此给出多级感应线圈炮的触发控制策略.     

驱动线圈结构参数对电枢力学性能的影响

为了研究驱动线圈的结构参数对电枢受力的影响,根据电路—电磁耦合理论,采用ANSYS有限元分析软件建立了三维线圈炮的模型并分析了驱动线圈各个参数对电枢性能的影响。仿真结果表明:当驱动线圈横截面宽度减小了,长度增加,匝数增加时,电枢推力增加,但增幅不是很大,只有层数增加,电枢推力变化较大。但从加工角度考虑,故选择横截面参数0.5 mm×10 mm,匝数25匝,层数11层。为进一步设计线圈炮提供了依据。     

触发放电位置对重接型线圈推进器加速性能影响的仿真分析

为了使重接型线圈推进器获得较大的出口速度和较高的能量转化效率,需要对其触发放电位置和脉冲电流波形进行优化设计。首先从物理机理上解释了推进过程,然后根据电路方程分析了推进效率,最后采用电磁场有限元仿真分析了不同触发放电位置对重接型线圈推进器加速力、出口速度和推进效率的影响。仿真结果表明,存在一个最佳的触发放电发位置,使得抛体能够在较大范围内获得较大的加速力,从而获得最大出口速度。同时分析发现,重接型线圈推进器在发射过程中存在减速制动力,最大出口速度并不一定对应最大推进效率。在多级重接型线圈推进器的设计中,随着各级抛体人口速度的增大,触发放电位置需要相应优化,同时使驱动线圈中脉冲电流波形与互感梯度变化曲线匹配,才能获得最大的推进效率。     

电流环暂态模型在异步感应线圈发射器中的应用

搭建了异步感应线圈发射器的电流环暂态模型,加入采用开关函数描述的逆变器模型及相关的调制策略,使得改进后的电流环暂态模型能应用于变频调速的仿真研究。基于Maxwell/Simplorer软件分别搭建发射器本体和控制的场路耦合模型。在恒压源驱动和恒压频比驱动两种方式下,电流环暂态模型和有限元模型的仿真结果都非常一致,从而验证了改进电流环暂态模型的准确性。基于电流环模型计算了发射过程中电枢的温升,并分析温升对发射性能的影响。搭建了一套9级线圈发射器实物装置并设计了相关的变频驱动电路,实验结果和仿真结果基本一致。相比有限元模型,电流环模型减小了计算量和仿真时间,有利于发射器的参数整定和优化设计,是分析线圈发射器暂态特性的重要工具。     

非均匀空心线圈偏心误差建模研究

空心线圈的偏心误差关乎智能变电站的安全稳定运行以及电能的可靠计量。以往研究多集中于均匀空心线圈的偏心误差,对非均匀空心线圈的偏心误差研究不够深入。文中建立均匀和非均匀空心线圈的偏心误差模型,分析了互感系数和偏心距离、不均匀度、相对位置以及线圈结构等影响因素的关系,仿真结果表明了当载流体不偏心时,不均匀度不会影响偏心误差;当载流体偏心达到线圈内径的1/4时,不均匀度仅有0. 5°时便足以造成10%的互感系数误差。对3个不同参数的空心线圈进行了准确度试验,试验结果表明当偏心距离小于4 mm,空心线圈比差不超过0. 2%。偏心距离变化至16 mm,空心线圈比差的将超过了1%。空心线圈的角差不受偏心距离的影响。     

一种螺旋线圈电磁发射器弹丸受力的仿真研究

对一种螺旋线圈电磁发射器(HCEL)弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸线圈和驱动线圈尺寸、电流大小等进行了静态模拟。结果表明,HCEL弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈轴向长度较小时弹丸加速度达到最大。弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置不随电流改变。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为HCEL结构的设计提供了参数支持。     

驱动线圈结构参数对磁阻发射器发射性能的影响

弹丸出口速度是衡量磁阻型线圈发射器发射性能的一个重要指标,研究发射器参数对弹丸出口速度的影响有较大意义。利用Ansoft有限元软件仿真分析了单级磁阻型线圈发射器的动态工作过程,研究了驱动线圈长度和层数对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响规律。结果表明,存在最佳的驱动线圈长度和层数,使弹丸出口速度达到最大;改变驱动线圈层数比改变驱动线圈长度对提高磁阻型线圈发射器的弹丸出口速度更有效,研究结果将为多级磁阻型线圈发射器设计提供指导。     

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。     

适用于直流断路器的大电流快速开关分闸特性

快速开关分闸稳定性是影响直流断路器开断性能的关键要素。文中对大电流快速开关的双弹簧永磁操动和电磁斥力双动机构的分闸过程,用有限元方法进行电磁、热和位移等多物理场耦合计算,分析了永磁操动机构驱动线圈是否有必要投入以及不同驱动线圈电流对双动机构分闸特性的影响。结果表明：在永磁操动机构驱动线圈投入的情况下,可提前将永磁吸力抵消,进而避免电磁斥力因做功时间较短而引起分闸回弹现象;由于分闸初期电磁斥力非常大,永磁操动机构驱动线圈的投入对分闸初期的速度影响较小;在电磁斥力消失后,永磁操动机构驱动线圈电流在一定范围内越大,到达额定开距的速度越大,为避免其造成分闸反弹,应合理选择驱动线圈电流值。将仿真结果与实际样机分闸特性曲线进行对比,二者具有较好的一致性,验证了仿真方法的正确性。     

Opening characteristics of high current fast switch for DC circuit breaker北大核心

The stability of opening process of fast mechanical switch is the key factor affecting the breaking performance of DC circuit breaker. Based on the finite element method, the multi-field coupling calculation of electromagnetic, thermal and momentum is carried out for the opening process of high current fast switch with permanent magnet operating mechanism and electromagnetic repulsion mechanism. The influence of the driving coil input for the permanent magnet operating mechanism and different driving coil currents on the opening process of double-action mechanism are analyzed. The calculation results show that the permanent magnet suction force can be cancelled in advance when the driving coil of the permanent magnet operating mechanism is put in, thereby avoiding the opening spring back phenomenon caused by the electromagnetic repulsion force due to the short working time. Because the electromagnetic repulsion force is very large at the initial stage of opening,the driving coil input of the permanent maanet operating mechanism has little influence on the initial speed of opening. After the electromagnetic repulsion disappears, the greater the driving coil current of the permanent magnet operating mechanism is, the greater the speed to reach the rated opening distance after the electromagnetic repulsion force disappearing. In order to avoid opening rebound phenomenon, the current value of the driving coil should be selected reasonably. The comparison between the simulation results and the opening process characteristic curves of the actual prototype shows that two curves are in good agreement, which verifies the correctness of the simulation method. © 2023, Editorial Department of Electric Power Engineering Technology. All rights reserved.     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

感应线圈炮的电枢受力分析

基于电磁感应定律讨论感应线圈炮的工作原理后建立了等效电路模型。用McKinney法详细分析电枢受力并进行有限元仿真分析的结果表明:电枢轴、径向受力不均匀,尾部的径向压力较大,易使电枢变形;电枢初始位置对抛体出口速度影响较大,故实用中应增强电枢强度、合理选择电枢的初始位置。     

500kV断路器用均压电容器渗漏油故障分析及改进措施

为了查明500 kV断路器用均压电容器渗漏油故障的原因,对故障均压电容器进行了连接部位电位差计算、密封圈性能检测、均压电容器电场仿真计算、密封端板材质检测等研究。结果表明:均压电容器端板连接部位电位差约为13.78 V,均压电容器端板故障处附近区域最大场强为2.74 kV/cm,均压电容器渗漏油的根本原因为密封端板密封面出现电化学腐蚀现象。针对故障原因提出有效整改措施:端板密封槽由台阶式改为U型槽,端板材质从LY12铝棒改为6061铝棒,阳极氧化膜厚提高到AA15等级。经整改优化后的均压电容器投运1年来未再出现漏油现象。     

音圈电机位置伺服系统电流驱动器的两种设计方法研究

分析音圈电机数学模型的基础上,在Matlab的Simulink环境中建立了音圈电机位置伺服系统的仿真模型,伺服系统采用三闭环系统,其中位置环和速度环采用PI控制,电流环根据两种驱动方式分别采用PWM斩波实现和功率放大器实现,通过试验仿真,对两种驱动方法进行了比较。试验表明,PWM斩波控制实现的驱动器适合做低频较大位置跟踪,功率放大器方法实现的驱动器适合做小位置时的无差高频位置跟踪。     

多级重接式电磁发射的电磁分析与有限元仿真

为了对多级发射达到高速时的电磁问题进行研究,以使用板状发射体和箱形线圈的多级重接式电磁发射为研究对象,推导了多级线圈电磁场和发射体涡流场的综合作用方程,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了三维有限元仿真模型并进行仿真计算。结果表明,多级线圈电流的同时存在,既改变了单级线圈的磁场分布和磁感应强度大小,也改变了发射体中局部涡流密度的大小和发射体受力的大小。这种改变与线圈电流的频率和相位差异相关,并且线圈间距越小,这种综合作用的影响越大。     

并联双线圈式直流接触器电磁机构合闸动作特性研究

直流接触器是新能源系统以及电动汽车中配置最为广泛的开关电器之一。而直流接触器的动态特性是衡量直流接触器性能的重要指标之一。本文以并联双线圈式直流接触器为研究对象，建立了直流接触器电磁机构的动力学模型，利用基于Adams与Maxwell的联合仿真研究方法对直流接触器的电磁机构进行合闸过程的仿真分析，研究结果表明，机构合闸动作的仿真合闸时间与试验合闸时间相吻合，验证了该仿真方法的正确性；同时研究了弹簧参数和线圈参数等因素对机构合闸运动特性的影响，研究发现在一定范围内弹簧预压力变化对合闸时间影响不大，线圈安匝数增大会导致合闸时间变小，线圈内阻增大会导致合闸时间变大且动触头弹跳更剧烈。本文的仿真方法与结果能为直流接触器电磁机构的改进设计与优化提供一定参考。