纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术

介绍了一种新的一维纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术。该技术创造性地采用了液流加热以及异地测温的新方法,成功地解决了对微米厚度的一维纳米线阵列结构热电材料试样两侧均匀加热并保持两侧的温差恒定,以及微米厚度的试样两侧测温的难题。依据这一原理建立了一维纳米线阵列结构热电材料性能测试系统。实验表明,该系统性能稳定,精度高,可胜任一维纳米线阵列结构热电材料的性能测试。     

具有核壳结构锂离子电池正极材料的研究进展

按照具有核壳结构的锂离子电池正极材料核、壳物质的性质,将具有核壳结构材料分类为:"电活性材料+非电活性材料"型、"电活性材料+电活性材料"型、"浓度梯度"型正极材料。简述了不同种类的核壳结构材料的特点、性能和制备方法,综述了锂离子电池具有核壳结构的正极材料的研究进展,并展望了其应用前景。     

微型温差电池的研究进展

诸如MEMS,微电子系统,甚至于系统芯片等微型化固态装置的应用日益广泛,这类装置通常需要具有低输出功率、高输出电压的微型电源为其供电。基于薄膜热电材料制造的微型温差电池即是一种典型的可以满足上述要求的微型电源。综观已报道的微型温差电池结构,按热传导的方向可分为两类:横向结构和纵向结构。对于横向结构,热量沿着热电腿表面传导,而纵向结构的热量则是沿热电腿的厚度方向传导。综述了此两种结构微型温差电池的最新进展。     

微型管道与相变材料结合的锂离子电池热管理

针对电动车辆锂离子电池在放电过程中温度过高的问题,设计了不同的锂离子电池液冷板,研究微型管道数以及冷却液流量对锂离子电池温度分布的影响。同时采用微型管道和 PCM 相变材料相结合的方式来控制电池的温差,研究 PCM 的相变温度以及热导率对锂离子电池温度分布一致性的影响。结果表明：增加微型管道数和冷却液流量可以降低电池表面最高温度,当微型管道数为 5、冷却液流量为 1.5×10^-3kg/s 时电池表面最高温度为 44.3 ℃,温差7.6 ℃;使用 PCM 可以有效控制电池的温差,PCM 的相变温度为 308.15 K、热导率为 0.6 W/（m · K）时,电池表面最高温度为39.56 ℃,温差2.71 ℃,一致性良好。     

热压法制备BiTe基温差电材料研究

为提高温差电材料热电性能和机械强度,满足空间用温差电致冷组件研制要求,探索热压法制备BiTe基温差电材料,分别采用普通热压、纳米复合粉热压和热压塑形三种方法对BiTe基温差电材料进行处理,将三种样品进行性能表征并与常规区熔材料比对,结果表明热压工艺制备的BiTe基温差电材料致密性好,抗弯强度与热电性能均大于区熔材料。     

微型温差电器件及相关材料的研究现状

1821年德国科学家塞贝克发现的塞贝克效应以及后来帕尔帖效应和汤姆逊效应开启了热电学的大门,人们应用这些效应先后制造出了各种温差电器件,如温差电发电器、温差电致冷器、温差电传感器、温差电探测器等。随着微电机系统(MEMS)技术、微电子技术引入温差电器件的制造,微型温差电器件吸引了越来越多的注意。介绍了近年美国、德国、中国等在微型温差电器件制造及材料研究方面的相关研究成果。     

辐照对温差电材料性能的影响

采用~(241)Am-Be中子源等效热功率为12 W的Pu-238热源产生的中子射线,对Bi_2Te_3器件和PbTe两种温差电材料进行模拟加速辐照2年、3年、6年的辐照实验,对Bi_2Te_3和PbTe两种材料在实验前和实验后的热电性能进行对比测试,实验分析表明,同位素温差电池(RTG)中能量较高的快中子对温差电材料的热电性能不会造成明显影响。     

相变储能温差电池的仿真研究

相变储能温差电池可以利用自然环境中昼夜交替产生的温度变化,将收集的热量建立温差并转换为电能输出。采用ANSYS软件建立了以水作为相变材料的相变储能温差电池样机的有限元模型。对温差电组件在热、电输出特性不变的前提下进行了等效变换。在模拟的昼夜温度变化条件下,得到了温差电组件内侧和外侧温度、电池输出电压、输出功率和累计输出能量随时间变化的计算结果,计算值与试验值基本符合。计算还给出了不同时刻电池的温度分布,反映出容器内壁延伸出的肋片对相变的强化作用,以及相变在温差电组件处的容器内壁附近首先发生,再逐步扩展到离容器内壁及肋片较远的区域。     

微电池的最新研究动态

电子产品小型化、微型化、集成化是当今世界技术发展的大势所趋.将微电池与微电子机械系统(MEMS)、微芯片集成在一个衬底上,制成独立的微型电子系统--系统芯片(SOC),已经不再遥远.介绍了国际上微型锌镍电池、微型固体电解质锂电池、微型太阳电池、微型温差电池及微型燃料电池和微型核电池研究工作的最新进展.     

一维纳米材料在锂离子蓄电池中的应用进展

评述了目前纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带等一维纳米材料的制备及其在锂离子蓄电池正、负极材料中的应用。将一维结构的纳米材料应用于锂离子蓄电池材料,可以更好地发挥纳米材料的优异特性,提高电池的电化学性能,因此将成为今后锂离子蓄电池材料研究领域中的热点。     

An energy-harvesting system using thermoelectric power generation for automotive application

An energy-harvesting system which extracts heat from an automotive exhaust pipe and turns the heat into electricity by using thermoelectric power generators (TEGs) has been constructed. Two test benches have been developed to analyze the thermoelectric module (TM) performance and TEG system characteristics. The experiments are carried out to examine the influences of the main operating conditions, the hot and cold side temperatures, flow rates and the load resistance, on the power output and voltage. As the performance of a TM is most influenced by the applied pressure and the temperature difference, a thermostatic heater, thermostatic water tank, and clamping devices are used in our experimental apparatus, the three operation parameters such as the applied pressure, cold-side flow rate and cold-side temperature are found to significantly affect the maximum power output. Based on the single TM measurement, the whole TEG system has also been designed and tested on the bench test. Through these experiments, maximum power output of the system is characterized. The results establish the fundamental development of automotive exhaust thermoelectric generator system that enhances the TEG efficiency for vehicles.     

发电机工况参数模型及进相运行在线监测

随着电网容量的增大、电压等级的提高,电力系统低谷运行时枢纽点电压偏高的问题日益突出。利用发电机进相运行方式做为一种调压手段,因无需增加任何设备,有其简单易行、安全经济的特点,尤其是具有可连续调节的独特优点,而逐渐得到应用。但在采用该方式时,必须科学地确定其进相运行能力,提供有效的在线监测手段,以确保进相运行方式下的安全运行。传统的数学模型均采用基于理想电机假设条件计算其P-Q容量图,而实际运行的发电机都不是理想电机,因此计算误差较大,并导致盲目限制发电机进相运行能力的后果。针对此问题,该文提出了一种新的发电机工况参数数学模型用以确定发电机进相运行能力,并将其应用到石景山热电厂发电机故障诊断专家系统之中,实现了发电机进相运行时的在线监测。     

Operating point stability analysis of SMIB power system equipped with high PV penetration

This paper presents the operating point stability analysis of a Single Machine Infinite Bus (SMIB) power system equipped with high Photovoltaic (PV) penetration. The detailed dynamical model of the synchronous generator in dq reference frame is considered including the dynamics of the damper windings and Automatic Voltage Regulator (AVR). A DC–DC buck–boost switch mode converter is placed as an intermediate stage between the PV array and the inverter. The main function of this implementation is to inject the voltage corresponding to the PV generator Maximum Power Point (MPP) by automatic adjusting its duty cycle. The PV array is designed to provide a maximum output power of about 0.78 pu at the full solar irradiance. The nonlinearity of the output characteristics of the PV generator is taken into account. Operating point stability analysis is performed by extracting the eigenvalues of the linearized model around the operating point at different solar irradiances. System response after successive step changes on the synchronous generator input mechanical power at three solar irradiances based on the complete nonlinear dynamical model is investigated. For given synchronous generator input parameters, the response of the system after successive step changes on the solar intensity is addressed. It is found that high PV penetration via DC–DC buck–boost converter and DC–AC inverter is practically possible, experiences a stable operating point and can withstand successive step changes on system parameters in case of practical solar irradiance levels. All numerical simulations are conducted using MATLAB software package by building the code required.     

基于差分傅里叶算法和滤波技术的过电压保护装置检测法

为解决火电厂发电机过电压侵害威胁发电机定子及变压器安全的问题，提出一种基于差分傅里叶算法和滤波技术的发电机转子过电压保护装置检测方法。首先，在现场采集发电机过电压保护测试仪的电压结构参数。其次，应用脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)技术和大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件及其驱动技术，解决了传统过电压保护测试仪输出电压和直流输出不够稳定的问题。在此基础上，引入差分傅里叶算法和滤波技术，实现信号的完全输出以及控制的分析、处理、保护等功能，解决了传统过电压保护测试仪信号输出不全以及无法滤波的问题。最后，选取不同电厂机组励磁系统进行过电压保护试验。试验结果表明，所提方法能有效地完成转子过电压保护校验工作，其电压输出值远小于转子绕组出厂工频试验电压幅值的70%，机组励磁系统转子过电压保护逻辑动作正确，动作电压值符合要求，验证了所设计测试方法的有效性和准确性。     

用于变频电机绝缘测试的PWM电压发生器

在变频电机绝缘测试中,重复脉冲方波电压不能完全模拟变频器输出的PWM电压反映变频电机绝缘失效机理,并且同一实验中使用不同电源影响实验数据的一致性。该文章设计了一台直接输出式PWM电压发生器,既可以输出模拟变频器实际的SPWM电压和SVPWM电压用于绝缘测试,又可以输出重复脉冲方波电压开展对比实验。首先,设计了基于FPGA的脉冲信号发生器,产生基波频率、开关频率可调的SPWM、SVPWM触发脉冲以及频率、占空比可调的重复方波脉冲;然后,设计了基于固态推挽开关的斩波器,在脉冲信号的触发下输出对应的双极性高压脉冲;最后,使用该脉冲电压发生器开展了SPWM电压下变频电机绝缘局部放电实验,验证了系统的可靠性和实用性。     

Recurrent modified Elman neural network control of PM synchronous generator system using wind turbine emulator of PM synchronous servo motor drive

The recurrent modified Elman neural network (NN) controlled a permanent magnet (PM) synchronous generator system, which is driven by wind turbine emulator of a PM synchronous motor servo drive, is developed to regulate output voltage of rectifier (or AC to DC power converter) and inverter (or DC to AC power converter) in this study. First, the wind turbine emulator of a closed loop PM synchronous motor servo drive is designed to produce the maximum power for the PM synchronous generator system. Then, the rotor speed of the PM synchronous generator, the output DC bus voltage and current of the rectifier are detected simultaneously to yield maximum power output of the rectifier through DC bus power control. Because the PM synchronous generator system is a nonlinear and time varying dynamic system, the online training recurrent modified Elman NN control system is developed to regulate DC bus voltage of the rectifier and AC line voltage of the inverter in order to improve the control performance. Furthermore, the online training recurrent modified Elman NN control system with the variable learning rate is derived based on Lyapunov stability theorem, so that the stability of the system can be guaranteed. Finally, some experimental results are verified to show the effectiveness of the proposed recurrent modified Elman NN controlled PM synchronous generator system.     

基于多绕组永磁发电机的大容量级联型风力发电变换器

针对大容量风电机组的中压变换问题,提出了一种基于多绕组永磁发电机的级联型变换器系统,通过模块单元级联实现中压输出,从而省去升压变压器.将模块中发电机的两个正交绕组经PFC整流后在直流母线上并联,实现发电机单位功率因数运行,并保持馈入直流母线的瞬时功率恒定.利用发电机的电枢电感作为升压电路的储能电感,减小了系统的体积和成本,导出了电感取值的适用范围.逆变侧的H桥单元级联电路采用矢量控制,独立调节注入电网的有功和无功功率.仿真和实验结果验证了该类变换器拓扑结构和控制方法的有效性.     

发电机电气参数采集传输系统设计的研究

发电机在并入电网后,需要对其输出电压、输出电流、功率因素和输出功率等电气参数进行监测,依据这些参数对发电机进行各种控制,使发电机的输出符合电网要求.采用通用的电气参数采集测量方法,设计了采集系统,介绍了利用各种变换处理电路和单片机组成的电气参数智能采集传输系统框图.     

10kV重复频率方波脉冲源的研制

为进行绝缘材料在快前沿高压脉冲作用下的局部放电和绝缘老化的试验研究,研制了1台最高输出电压为10kV的重复频率高压方波脉冲发生器。该方波发生器采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用半导体固态开关作为主放电开关控制脉冲宽度和重复频率,通过脉冲放电回路在负载上形成所需的电压脉冲。其半导体固态开关采用具有低耦合电容的紧凑型快速高压金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)开关,通过复杂可编程逻辑控制器(CPLD)可编程逻辑电路实现开关通断控制。实测结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为80ns、最小脉冲宽度为320ns的高压准方波脉冲,最高输出幅值达到±10kV,脉冲重复频率的可调范围为1～3kHz,性能指标满足绝缘材料的局部放电以及绝缘老化试验的要求。     

用于产生非平衡等离子体的纳秒级脉冲电源研制

为了给非平衡等离子体相关实验提供ns级高压脉冲,研制了一台基于传输线变压器(transmission linetransformer,TLT)原理的高压重频ns脉冲电源,通过在传输线外套加磁环增加二次阻抗,提高TLT的输出电压和能量传输效率。同时设计了一种电容-开关-传输线的紧凑化同轴结构。实验表明,在连接匹配负载条件下,电源输出脉冲电压峰值可以达到26kV,脉宽100ns,上升时间25ns,可在500Hz频率下稳定运行。同时成功地将其应用于大气压氩气等离子射流实验,发现与正弦电压相比,相同电压峰值下,脉冲电源作用下的等离子体射流长度更长,但2种电源作用下的射流长度均出现饱和现象,同时电源频率对射流长度无明显影响。