大气压射频辉光放电阻抗特性的实验研究

为研究大气压射频辉光放电过程中不同工作气体(氦气和氩气)对发生器等效阻抗的影响,基于等离子体的介电特性,建立了描述等离子体区域的"电阻-电容混联"等效电路模型;通过实验测量放电电压及电流,并基于等效电路模型来计算等离子体在放电过程中的电子数密度,从而得到等离子体发生器的等效阻抗。实验测量了大气压射频辉光放电的放电电压及电流,并基于等效电路模型得到了等离子体发生器的等效阻抗及放电区的电子数密度。实验结果表明:对氦气和氩气放电,在α放电模式下其电阻及电抗的绝对值均随着放电电流的增加而减小,而电子数密度则随放电电流的增大而线性增加;且在相同的放电电流条件下,氩等离子体的电阻和电容都比氦等离子体高。研究结论可作为等离子体在不同工作气体条件下放电阻抗匹配研究的参考。     

超声速气流电容耦合射频放电特性

针对如何产生均匀和稳定的超声速非平衡等离子体这一科学问题,为进一步探究超声速气流电容耦合射频放电特性,建立了超声速非平衡电离磁流体动力技术实验系统,开展了Ma=3.4条件下,超声速气流边界层与主流中心区的电容耦合射频放电特性研究;同时针对超声速放电等离子体的实时诊断问题,基于均匀射频放电模型,联立能量平衡方程,建立等离子体诊断模型对平均电子数密度与电子温度等参数进行诊断。结果表明:超声速气流条件下,通过电容耦合射频可以产生均匀和稳定的放电等离子体;分子数密度是影响超声速气流放电特性的主要因素,同时超声速气流对平均电子温度的影响很小,约为0.46 e V。     

大气压脉冲调制射频氦气放电特性的数值模拟

采用脉冲调制可以有效优化大气压射频放电行为。为此利用1维流体模型,考虑了氦等离子体放电过程中主要的13个反应及6种粒子,研究了大气压脉冲调制射频氦气放电特性,并分析了调制频率、占空比对放电特性的影响以及输入电压对达到最大电子数密度所需时间的影响。结果表明:脉冲调制之后,固定调制频率时,随着占空比的减小,氦气放电的击穿电压增大;固定输入电压时,最大电子数密度所需时间与剩余电子数密度成反比。利用功率输入时间及最大电子数密度所需时间的关系,合理选择占空比及调制频率可以在满足实际应用的同时,最大地节约功率损耗;固定占空比及调制频率时存在着最优输入电压,使得最大电子数密度所需时间最短,合理选择输入电压也能使放电特性得到优化     

槽型空心阴极放电特性的模拟

为进一步揭示槽型空心阴极放电的放电机理,利用流体-亚稳态原子传输模型模拟研究了槽型空心阴极放电等离子体参数的时空分布特性。模拟得到了不同时刻槽型空心阴极放电中电势、电子密度、电场场强和电离速率等的分布特性。结果表明槽型空心阴极放电在不同时刻处于不同的放电模式,即初始放电阶段为Townsend放电模式,此阶段以轴向放电为主;第2阶段为放电由槽外向槽内发展阶段,此阶段电场场强由轴向向径向转换;第3阶段为形成空心阴极效应放电模式阶段,此阶段逐渐形成稳定的阴极鞘层结构;第4阶段为稳定放电阶段,放电参数不随时间发生变化。研究结果为进一步分析空心阴极放电的时间发展特性提供了参考。     

正极性直流驱动大气压氦气等离子体射流的传播机制：氦气–空气混合层的影响

氦气等离子体射流在生物医学、材料处理等诸多领域具备广阔的应用前景。该文通过二维等离子体流体仿真模型,研究正极性直流驱动等离子体射流阴极导向传播的物理机制,并进一步探讨氦气–空气混合层以及放电通道内混合少量空气杂质对放电的影响。仿真结果与实验观测结果较好地吻合,并进一步表明:氦气–空气混合层内电子能量分布导致的电子碰撞电离速率变化是形成阴极导向流柱和空心截面电离波结构的本质原因;潘宁电离能够促进放电,但是对形成流柱和电离波结构不具有决定性影响;放电核心通道内少量的N_2/O_2杂质对放电存在通过潘宁电离促进放电,以及通过分子激发耗散能量和O_2吸附电子抑制放电这两种竞争性作用。     

新颖的高气压微放电结构的研究

介绍了微空心阴极放电(MHCD)的特点,根据MHCD的基本结构给出了一种“平面阴极-微空心阳极”放电结构,并在该基础上设计了一种新的放电结构:它的阳极为“金属针,”它的阴极由“平面阴极-微空心阳极放电”构成,整个系统构成一个“针-孔”自持的辉光放电。主要进行了空气放电实验,单个“平面阴极-微空心阳极放电”能够在大气压下产生稳定的直流辉光放电,多个“平面阴极-微空心阳极放电”能够在高气压下稳定地并联运行,而不需要个体镇流电阻,它们的伏安特性曲线在整个放电区域都具有正的微分电阻特性。“针-孔”自持的辉光放电也能够在高气压下产生大体积辉光放电空气等离子体,等离子体的电子密度估计在1011～1012cm-3之间,测得的伏安特性曲线在整个放电区域也具有正的微分电阻特性。它产生的高气压大体积高电流密度辉光放电等离子体,能够应用于工业上的多种等离子体加工中,也能够用作Pseudospark高压开关的触发设备。     

纳秒脉冲触发的阵列微空心阴极放电特性

阵列微空心阴极(MHC)是一种在同一个阴极结构上加工多个微孔形成微孔阵列,实现大面积高电子密度的放电微等离子体结构。相比直流触发模式,纳秒短脉冲触发阵列微空心阴极,可以显著地减少直流触发时的电流热负荷效应,提高放电电流和放电能量。本文利用自行研制的纳秒脉冲电源,实现对阵列微空心阴极在氩气下进行脉冲放电,研究其脉冲条件下的放电特性;其次,研究其在纳秒脉冲下多孔阵列的同步放电问题,并通过加入预触发结构,有效改善其同步特性;最后,利用光纤式发射光谱仪进行氩气下氩发射光谱测量,并对纳秒放电等离子体进行光谱诊断。     

径向放电的等离子体阴极脉冲电子束实验研究

本文研究和设计了静电聚焦型的径向放电真空电弧等离子体阴极脉冲电子束源。在分析轴向放电的真空电弧等离子体阴极稳定性的基础上,改进结构,设计了径向放电的真空电弧等离子体阴极,由于表面比较狭窄,产生真空电弧后,阴极斑点的高速移动也都位于直径小于2mm的环形阴极内表面上,从而使得电子发射效率较为稳定。并以此为发射阴极,设计径向放电结构的空心阳极等离子体阴极电子束源,该电子束源为无磁场引导的皮尔斯型电子束源,其主要由等离子体阴极和静电聚焦系统两部分组成。实验测量过程中,采用法拉第筒测量了电子束的相关参数,得到比较稳定的脉冲电子束。     

大气压微等离子体放电特性研究

通过减小电极孔径到微米量级来实现高气压甚至大气压放电的现象已成为研究热点。笔者利用不锈钢空心针作为放电阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压微等离子体放电实验研究。实验测量了大气压微放电的伏安特性曲线。实验发现,大气压直流微放电存在不同的放电模式:空心阴极放电和反常辉光放电,随着电流的增加,放电越来越强烈。实验研究了放电电压随压强和气体流量的变化关系。结果显示,随着体系压强的增加,电离过程增多,放电电压逐渐降低。随着流量的增加,气体流动状态由层流状态逐渐过渡到紊流状态,引起放电电压先降低后增加。     

大气压氩气介质阻挡放电等离子体特性变化的一维仿真

针对平行平板型大气压氩气介质阻挡放电(DBD),考虑等离子体中电子能量的贡献,建立了一维多粒子流体模型。通过对模型的求解,详细分析了频率为10 k Hz、幅值为1.5k V正弦电压驱动放电的变化过程,包括放电等离子体中各特性参数,如电子数密度、亚稳态氩原子数密度、放电间隙电位和电子温度等的时空变化过程。结果发现:放电模式从Townsend放电转变为稳定的辉光放电,在辉光放电阶段,放电间隙存在明显的阴极位降区、阴极辉区、Faraday暗区和正柱区等特征区域,且电子能量在不同的放电阶段有着不同的能量损失渠道。与此同时,探讨了固定驱动频率为10 k Hz,不同电压幅值的情况下,放电等离子体的粒子特性参数及放电模式。结果表明:电压从1.5 k V提高到3.5 k V时,最高电子温度、电子数密度、正离子数密度和亚稳态氩原子数密度均有所提高;简单分析了2.5 k V电压,不同频率下的电流波形和各种粒子在电流脉冲峰值处的空间分布,发现50 k Hz和100 k Hz的情况下,放电间隙阳极出现了阳极辉区;第一个电流脉冲峰值时刻,放电正柱区覆盖了Faraday暗区,而第二个宽电流脉冲时刻,法拉第暗区又重新出现。     

浅析充、放电对蓄电池性能的影响

介绍蓄电池工作的电化学原理,分析了日常维护中充、放电对蓄电池性能的影响以及蓄电池的充、放电特性及浮充工作特性,归纳了影响蓄电池使用寿命的主要因素。     

MH-Ni蓄电池在不同放电深度下的阻抗行为

通过电化学阻抗谱分别研究了正极、负极在不同放电深度下的阻抗。结果表明,随着放电深度增大,正极的欧姆内阻增加,发生电极反应的活性表面积减小,电化学反应电阻和质子扩散阻抗增大。负极电化学反应电阻先减小后增大,放电平台段电化学反应电阻变化很小,MH-Ni蓄电池放电初期的电化学极化主要来源于负极。     

三峡工程泄洪建筑物泄洪消能问题研究

三峡大坝在运行期和施工导流期要求的泄洪能力分别达100 000m3/s和70 000m3/s,设有永久泄洪深孔23个、表孔22个,导流底孔22个。大坝采取深孔、表孔、导流底孔三层孔口相间布置缩短了泄洪前沿,解决了枢纽大泄流能力的世界级难题。深孔是三峡水利枢纽主要的泄洪建筑物,千年一遇以下洪水主要由深孔宣泄,而且还担负三期导流及围堰发电期间度汛泄洪任务。深孔具有数量多、尺寸大、水头高、水位变幅大、运用时间长和操作频繁等特点。通过对四种深孔布置方案的论证及试验研究,三峡工程最终选用短有压管接明渠泄槽跌坎掺气型式。表孔堰顶上游坝面及进口侧采用1/4椭圆曲线,堰面下游接1∶0.7的斜坡段,再接R=30m反弧段,并采用长隔墩布置方案。通过对底孔短有压管和长有压管两种布置方案进行了深入的试验研究和论证比较,三峡工程最终采用长有压管布置方案。     

220kV电流互感器故障分析及防范措施

介绍某220kV电流互感器运行中出现的油色谱异常情况,分析该电流互感器的绝缘试验及局部放电试验数据,结合吊芯解体检查结果,认为铝箔及绝缘纸的皱褶是引发故障的主要原因,并提出相应的防范措施。     

80 Ah氢镍蓄电池加速寿命试验

加速寿命试验作为一种氢镍蓄电池寿命考核办法得到普遍应用,80 Ah氢镍蓄电池进行了模拟地球同步轨道最大放电深度充放电的加速寿命试验,结果表明,该种电池的充放电循环次数超过了20年的在轨等效工作寿命.但使用该种氢镍蓄电池的卫星尚处于初期业务开发阶段,蓄电池实际放电深度要远低于设计最大放电深度,不能较好地验证80Ah氢镍蓄电池加速寿命试验方法.     

Comparison of partial discharge resistance of several nanocomposites

Partial discharge (PD) resistance was evaluated for several kinds of nanocomposites. The following experimental results were obtained. Epoxy is stronger in PD resistance than is polypropylene. But the enhancement of PD resistance by nanofiller addition is higher for polypropylene than for epoxy. Silica and alumina nanofillers exhibit stronger PD resistance than does layered silicate when they are added to epoxy resins. Coupling agents or modifiers will help increase PD resistance. A similar level of this effect can be obtained for either epoxy with 5 wt% added nanofiller or epoxy loaded with 65 wt% microfiller. Nano–micro composites are the strongest of all tested specimens as regards PD resistance. Both of these experimental facts can be understood based on the concept that shortening of the interparticle distance is effective for reducing PD erosion. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 182(1): 1–9, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21291     

Optimal Energy Management for Smart Grid System Considering Battery Characteristics

This paper discusses optimal energy management considering battery characteristics for smart grid and microgrid systems. Energy storage systems are very important for energy peak shifting and peak load cutting in microgrid and smart grid systems, but optimal battery formulation and energy management in the use of expensive energy storage system and methods of taking account of battery characteristics are still in the developmental stage. First, the optimal battery placement for a smart grid system with lithium‐ion batteries is considered as a means of lifetime extension. The battery choice index for this optimal battery utilization problem of optimal energy management is discussed. Second, a smart grid system with a distributed battery system for grid frequency control with consideration of distributed control and battery characteristics is discussed. Optimal controllers for distributed battery systems to reduce the battery load and to expend the battery lifetime are designed. Simulations are used to demonstrate the effectiveness of the proposed method in comparison with conventional methods.     

不同铅酸电池在微网中的储能性能对比

简述了国内外铅酸电池技术的研究概况,从理论上分析了普通铅酸电池、胶体电池和铅炭电池的区别。结合实验分析了三种不同电池的温度适应能力、放电深度对循环寿命的影响、自放电率以及容量恢复能力,结果显示胶体电池和铅炭电池性能显著优于普通铅酸电池,更适合应用在微网储能系统中。对比了不同厂家的铅炭电池,结果表明由于炭含量等工艺差别,不同厂家的铅炭电池在性能上差别会比较大。     

温度和放电深度对钠硫电池欧姆内阻的影响

钠硫电池的欧姆内阻与温度和放电深度(DOD)密切相关。通过不同温度下的脉冲放电实验,测量不同DOD时钠硫电池的欧姆内阻。除DOD为100%外,在某一固定DOD下,欧姆内阻随着温度的降低而增大。在某一固定温度下,DOD为0~7.14%时,随着DOD增加,β″-氧化铝陶瓷管外表面高阻抗的硫单质层被消耗,造成欧姆内阻逐渐减小;DOD为7.14%~85.70%时,欧姆内阻基本恒定;DOD为85.70%~100%时,随着DOD增加,电池负极有效反应面积减小,欧姆内阻急剧增大。DOD为7.14%~57.14%时,钠硫电池的开路电压为2.065~2.079 V,具有良好的功率特性。     

长横孔反射波后未知变形波的研究

利用横波进行超声波检测时,发现在长横孔反射波的后面存在一个固有的未知变形波信号。对该信号进行了分析研究。