GIS盆式绝缘子作为缝隙天线的暂态电磁辐射特性研究

如果气体绝缘开关设备(GIS)内部存在快速暂态过电压(VFTO),电压电流波就会沿管线在GIS内部传播,并在绝缘子和套管等导体不连续处发生电磁辐射,使暂态电磁能量泄漏到外部空间,影响二次设备和系统的正常运行。通过将盆式绝缘子等效为GIS管壁上径向开槽的缝隙天线,理论和仿真研究了绝缘子的暂态电磁辐射特性。理论推导了缝隙天线的辐射过程,获得了空间电磁场的解析表达式。在全波电磁仿真软件中建立了GIS管线和绝缘子的仿真模型,计算了冲击激励下外部空间的时域电磁场波形。分别对空间电磁场的径向和轴向辐射特性进行了量化研究,结合理论推导分别采用反比例函数和辛格函数对仿真结果进行拟合。仿真结果和拟合函数计算具有很好的一致性。     

基于场路耦合的轮毂式开关磁阻电机的电磁性能分析

首先采用有限元法对一台三相18/24极轮毂式开关磁阻电机(SRM)进行了静磁场分析,获得了电机的L-i-θ曲线、T-i-θ曲线、磁化特性曲线以及不同转子位置下的磁力线和磁通密度分布;接着,在现有文献的基础上充分考虑SRM的饱和非线性,采用基于Simplorer与Maxwell场路耦合的联合仿真方法对电机进行了瞬态场计算,得到了不同运行条件下的电流、电磁转矩等波形;最后,通过加工样机测量了电机在起动、稳态运行、加速、减速和变负载等状态下的实验波形,其结果与仿真波形吻合较好,验证了分析方法和结果的有效性。     

基于时域有限积分法的一二次融合配电开关雷击磁场分析

一二次融合配电开关屡次出现因各种电磁干扰导致的二次回路信号误差,甚至开关误动或拒动的现象,而目前仅考虑了设备正常运行状态下电磁干扰。文中首先阐述一二次融合配电开关的电磁干扰机理,选择时域有限积分法进行开关电磁场分析;搭建大电流暂态发生装置模拟配电网雷电冲击下的电磁干扰,获取稳定的干扰信号;这些干扰信号用于电磁仿真软件CST MWS建模,分析某型号10 k V户外配电开关在电磁干扰下柱上开关和二次回路周围的磁场分布。仿真结果表明,在所提出的冲击干扰下,配电开关互感器侧瞬时磁场强度可达1 300 A/m,FTU附近的瞬时磁场强度可达108.5 A/m,远超相关行业标准的规定值,在实际中极有可能造成二次设备出现故障。     

基于3D电场时频分析的隔离开关绝缘缺陷检测方法

气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)中开关操作在外部空间中所激发的瞬态辐射场的波形特征可以反映开关的运行状态。为了将开关操作瞬态辐射场的特征分析应用于开关的缺陷检测之中,基于中国电科院的隔离开关(disconnectingswitch,DS)故障模拟试验平台,利用1套非侵入式的3维辐射电场测量系统对DS在不同工作状态时产生的空间辐射电场进行了测量,并建立起DS在正常工作状态下和内、外部分别发生绝缘击穿故障时与其操作瞬态辐射电场特征之间的对应关系。研究结果表明:DS在绝缘缺陷下的开关操作瞬态辐射电场脉冲的时域细节波形与特征频率分布明显区别于正常状况,因此通过监测和分析开关操作瞬态辐射电场可以实现对DS的故障检测。该研究为DS等开关设备的故障诊断领域提供了一种全新的思路。     

城际列车升降弓电磁辐射特性研究

弓网放电辐射是轨道交通系统电磁干扰的重要来源,在此通过结合快速暂态过电压与电磁理论,建立了城际列车弓网放电辐射仿真模型,研究了弓网辐射骚扰的时域及频域特性。通过对某型短编城际动车组升降弓工况下的辐射骚扰进行测试,记录弓网电弧辐射的时域波形,借助快速傅里叶算法对数据进行后处理,分析了在弓网辐射骚扰能量集中的20～100 MHz频段内放电辐射波形时域及频域特性,验证了仿真模型的准确性。     

电磁轴承脉宽调制型开关功放的实现及电流纹波分析

传统两电平脉宽调制电磁轴承开关功放的电流纹波较大,导致电磁轴承中产生的纹波损耗较大.采用一种三电平脉宽调制方法,对电磁轴承开关功放电流纹波进行理论分析,结果表明该方法能够大大减小开关功放的电流纹波,具有传统两电平脉宽调制输出波形质量好、动态响应快等优点,且实现简单.最后通过计算机仿真和实验对该方法进行了验证,仿真与实验结果说明了该方法的可行性和有效性.     

一种变压器时域场路耦合计算的自适应算法

采用时域场路耦合模型研究变压器直流偏磁,推导绝对稳定域分析计算收敛性,研究稳定边界对应时间步长h0与状态矩阵特征值的关系,定义磁场求解频率w衡量计算效率,构造动态电感变化函数评价磁场计算精确性。根据绝对稳定域分析步长和w对计算精确性和效率的影响,提出一种基于时域场路耦合模型的自适应变步长算法,并与定步长算法对比,该方法能够根据变压器非线性励磁的时变性自动修正迭代步长,从而提高效率和精确性。实验结果验证了自适应算法的正确性和有效性,为变压器等电磁设备在交直流混合模式下的时域计算提供新思路。     

金属球电磁散射特性FDTD并行计算及性能分析

研究金属球电磁散射特性及其FDTD并行计算,可为金属目标和结构更为复杂的其他目标的电磁散射特性及复杂算法的研究提供理论依据与方法借鉴.采用时域有限差分（FDTD）法分析了自由空间中金属球远区散射电场分布情况,得到了电磁波远场区电场分量和雷达散射截面（RCS）的波形曲线,与现有实验数据作了比对,利用OpenMP＋细粒度方式实现了FDTD算法并行化,并对该并行方法进行了并行性能分析与正确性验证.实验表明,计算结果与现有金属球远场区散射场数据非常吻合,并证明了该并行算法的正确性和有效性.     

VFTO作用下电子式互感器辐射电磁场数值计算与分析

为研究气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关分合闸操作时产生的特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)对电子式互感器的电磁辐射干扰,建立了GIS电子式互感器的仿真模型,以实测VFTO波形为激励源,基于隐式时域有限元法计算了VFTO穿透绝缘接线端子圆盘辐射至二次金属采集箱的暂态电磁场分布。结果表明VFTO作用下辐射至金属采集箱内的暂态电场强度和暂态磁场强度均远远超出现有电子式互感器采集单元的电磁兼容试验标准。提出了减小接线端子原盘直径及增大金属采集箱与GIS外壳连接长度的抑制措施,仿真验证其可获得较高的屏蔽效能。研究成果可为电子式互感器的VFTO电磁辐射干扰抑制设计提供理论依据与技术支持。     

新型单极电磁开关分断过程动态特性研究

电磁开关的分断过程是一个集电、磁、热、流体、机械为一体的过程。该文提出一种多物理场协同仿真方法,经过对相关软件的二次开发,建立了不同软件协同仿真系统。通过提取分断过程的耦合参量,将电子控制模块的设计融入电磁开关的三维动态计算中,建立一种快速去磁控制下电磁开关机械动力学模型,获取分断过程触头瞬态三维运动轨迹。仿真和实验结果表明,分断时在线圈两端施加负压可大幅度缩短开释时间,提高触头分断速度。此外,将磁流体动力学及动态网格技术应用到开关电弧的仿真,得到触头打开过程电弧温度场、气流场时空分布,从而实现对智能控制下电磁开关分断过程的整体仿真分析。该研究为改善开关的分断特性,设计高性能智能化开关提供参考。