3D lattice Boltzmann modeling of droplet motion in PEM fuel cell channel with realistic GDL microstructure and fluid properties

A 3D multi-component multi-phase lattice Boltzmann model is developed to study the droplet motion in the flow channel of proton exchange membrane fuel cell. The model is capable of reaching realistic density and viscosity ratio, tunable surface tension with low spurious velocity and is also validated by various benchmark tests in both static and dynamic states. For the first time, the effect of realistic microstructure of gas diffusion layer (GDL) on droplet dynamic behavior is comprehensively studied in terms of comparison with smooth channel, contact angle and droplet size with the motion processes clearly illustrated. The simulation results show the GDL microstructure can amplify the material wettability, affect the motion direction and impede the droplet motion. More hydrophobic GDL can effectively accelerate the transport. However, it is observed the droplet may reach the sidewall due to the presence of GDL and the motion is therefore severely impeded regardless of the GDL contact angle or droplet size, which is hard to avoid but deadly for the water management. For this problem, a novel water management strategy is proposed and the results show the hydrophilic side & top wall can effectively remove the liquid water from the GDL surface, decrease pressure drop and prevent reactant maldistribution.     

步进电机的单片机控制系统的设计

采用 8 0 5 1单片机来控制步进电机 ,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器 ,达到了对步进电机的最佳控制。采用的H -桥驱动器使步进电机在开环状态下达到较高的变速转速 ,同时断电相不产生负的转矩分量 ,其能量被输入到电源 ,即将接通的下一相中去 ,增大了电流容量 ,提高了其工作的可靠性     

基于MPPMSG的混合高压直流风电系统故障穿越技术

为解决传统风电系统变换级数多的问题,文中提出了一种基于多相永磁同步电机(MPPMSG)的混合高压直流风电系统拓扑。电机多套绕组分别连接单极性变流器并在直流侧串联形成高压直接接入直流母线,一套绕组向电机注入无功功率以改善电机调速和稳态性能。岸上变电站采用电网换相换流器,直流母线短路时可阻断短路电流。为解决多绕组耦合问题,MPPMSG采用了反馈解耦的控制策略。根据发电机短路特性分析,提出了直流母线短路时限制电机短路电流以及直流故障穿越的控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC搭建风电系统开关电路仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

H桥级联型SSSC的动态模型及小干扰稳定性分析

基于模块化建模的方法,考虑实际电路结构,建立了含H桥级联型静止同步串联补偿器(SSSC)的系统小信号模型。结合实际工程参数,通过对比小信号模型计算结果与PSCAD/EMTDC电磁仿真结果,验证了小信号模型的准确性。然后采用特征值分析法分析了该系统的振荡模态,并研究了控制器参数对系统小干扰稳定性的影响。研究结果表明随着解耦控制器以及均压控制器参数的增大,系统稳定性均增强。最后通过时域仿真算例验证了特征值分析结论的准确性。     

三相级联H桥型电力电子变压器电容值设计方法

针对三相级联H桥型电力电子变压器(PET),分析了输入侧瞬时功率波动特性,建立了其直流侧电容电压及中间级高频变压器原、副边电流的时域解析模型,并基于该模型提出一种PET电容值设计方法。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建三相级联H桥型PET仿真模型,并在功率模块测试平台进行实验验证。仿真及实验结果表明该解析模型可以准确地描述电容电压及变压器高频电流的波动特性,进而为主电路参数设计与控制系统设计提供研究基础。     

五开关H桥逆变器改进PWM控制方法的研究

针对传统级联五电平逆变器所需开关器件较多的问题,介绍了一种由1个辅助开关电路与H桥电路相结合的五开关H桥逆变器拓扑。根据该拓扑工作原理的特点,对其脉宽调制PWM策略进行了研究,提出了一种基于载波移相脉宽调制的改进型PWM控制方法。该方法依据两单元H桥级联,通过单极倍频CPSPWM方法得到五电平相电压的波形,并把该五电平电压波形作为五开关H桥逆变器的输出目标波形,再结合逆变器的4种工作模式来逆向推导出PWM脉冲信号。最后通过仿真和实验研究证明了该拓扑结构和控制方法的可行性与有效性。     

一种模块化级联H桥构造的三相—单相同相牵引供电系统

为解决高速、重载电气化铁路负序、谐波和无功等电能质量问题,依据三相对称补偿理论,并结合H桥构造,提出了基于模块化级联H桥的三相—单相同相牵引供电系统。分析了系统补偿特性及工作原理,研究了直挂型"!"联结的有源补偿装置(MMCHC)拓扑结构,推导了子模块参数确定方法,并给出了系统控制策略。通过直挂补偿装置将三相牵引变压器转换为单相供电,节省了匹配变压器的容量为补偿容量的2倍。仿真表明,补偿装置在牵引和再生制动工况下均具备良好的补偿特性和动态性能,消除了牵引负荷引起的负序、谐波和无功分量,且子模块电容电压稳定在2%以内。     

大型搅拌槽流场的数值模拟和不同转速下矿浆体积分数分布研究

基于多相流欧拉理论对某企业大型矿浆搅拌槽内流场进行了三维模拟,深入研究了不同转速下矿浆体积分数沿径向和轴向的分布情况。数值模拟结果表明,搅拌槽内形成2个垂直环流及周向环流,对矿浆体积分数分布起到主要影响的是垂直环流。搅拌槽内矿浆流速在桨叶区出现最大值,槽体中上部流速较小;同一转速下,搅拌槽内矿浆体积分数随着垂直高度的增加而降低,搅拌槽中部矿浆体积分数基本相等,搅拌槽上部体积分数随高度的增加呈线性降低;随着转速增加,各垂直高度上的矿浆体积分数减小。     

单相级联H桥整流电路非线性控制策略

针对电力电子牵引变压器输入级单相级联H桥(CHB)整流电路的非线性及扰动工况,提出一种基于静止坐标系的非线性优化控制策略。根据系统仿射非线性模型及微分几何理论,提出基于部分反馈线性化的零动态设计方案,对其线性部分采用二次型最优方法以确定反馈增益,并引入谐振环节以实现零相差跟踪;对于零动态则采用基于扩张状态观测器的自抗扰控制策略,以提高系统在负载大范围扰动时的控制品质。实验结果表明,该控制策略能提高CHB系统在电网电压及负载扰动时的动态响应速度,保证网侧电流及直流电压快速稳定调节,同时使网侧在单位功率因数下运行,各模块直流电压均衡。