倾斜轴空心矩形截面圆柱线圈互感计算

运用等效圆环回路法与任意方位的两圆环之间的互感公式得到了倾斜轴空心矩形截面圆柱线圈的互感公式。由于任意方位圆环互感公式保持了简洁的单重积分形状,本文的公式亦具有简洁的单重积分形状。除了线圈间距很近的情况外,任意方位的矩形截面圆柱线圈的互感可以被足够精确地算出。本文公式在同轴与平行轴的情形与已有文献数据进行了比较以验证本文公式的精度;在线圈轴倾斜的情形与精确公式进行了比较以验证本文公式计算一般情形互感时的精度。比较结果表明这些公式具有足够高的精度,可以用于一般方位矩形截面圆柱线圈互感的计算。同时,两任意线圈的解耦位置也可以运用本文公式求得。     

平行轴圆柱线圈互感计算的新方法

运用倒数距离在圆柱坐标中的一种解耦展开公式,提出了以变形Bessel函数和变形Struve函数表示的平行轴圆柱线圈互感的新表达式。随后进一步对所得表达式进行了渐近展开以利于数值计算。数值计算表明,变形Bessel函数和变形Struve函数的单调性有利于提高平行轴圆柱线圈的互感计算效率,尤其对于径向较厚的扁线圈或圆盘线圈。相对于同样准确度的计算结果,提出的方法较已有的方法快1~2个数量级,而这些已有方法采用的是振荡的Bessel和Struve函数。最后,对于共面圆环提出了一种以Gauss超几何函数表达的闭式解,该解的正确性亦由数值计算确认。     

任意形状线圈位于平板导体上方的涡流问题

提出了一种求解任意形状线圈位于平板导体上方时矢量磁位的解析方法.应用傅里叶积分形式表示矢量磁位,将积分函数作为待求参数;结合边界条件列出待求参数的方程组,并求解得到矢量磁位的解析表达式;通过电流元与轴对称圆柱线圈两个特例验证了其正确性.该方法利用快速傅里叶变换算法进行数值计算,在实际应用中能显著提高效率.     

空心矩形截面圆柱线圈自感计算的新方法

对空心矩形截面圆柱线圈的自感的多重积分表达式进行了分析,指出了该积分难于处理的原因,并对此引入距离倒数的级数展开使被积函数变量去耦,使积分过程大为简化,并据此推出空心矩形截面圆柱线圈自感新的计算公式。特殊情形的单层线圈与盘式线圈的自感公式也一并给出。这些新公式包含Bessel函数、Struve函数、第一类和第二类完全椭圆积分。随后对本文提出的公式进行了数值计算并与已有文献中的结果进行了比较。数值结果表明,相较已有的公式而言,这些新的公式以足够简洁的形式给出高精度的计算结果,使空心矩形截面圆柱线圈以及单层圆柱线圈、圆盘线圈的自感计算效率与精度得以提高。     

单周期控制三相PWM整流器在不对称电网下的研究

传统的矢量模式单周期控制三相PWM整流器是基于对称电网系统下研究的,功率因数约为1,输入谐波低,且与双极型单周期控制相比,具有更低的开关损耗。当三相电网不对称时,三相输入电流跟踪电网电压的非零序分量,采用传统电网电压选择矢量区间不能保证三相PWM整流器具有较低的开关损耗,且在电网极端缺相故障时,系统不能正常工作。本文采用电网电压非零序分量选择矢量区间,并对矢量区间状态进行分析比较,结果证明所采取的方法能保证系统在任何情况下开关损耗最低。最后对三相PWM整流器工作于不对称电网情况下进行了仿真研究,仿真结果表明采用电网电压非零序分量选择矢量区间能保证电网电压在缺相故障时系统仍能正常工作,并且所采用的单周期控制同时满足对称电网系统。     

永磁同步电机无参数超局部模型预测控制

为了解决永磁同步电机在参数失配时模型预测控制效果不佳的问题,建立了永磁同步电机d-q轴电流的超局部模型,提出了一种的无参数模型预测控制方法.通过对每个控制周期内定子d-q轴电流变化量进行分解,得到受电机运行状态的影响较大的电流的自然响应分量,以及主要与电压矢量相关的强迫响应分量.利用临近控制周期中的电压矢量与电流变化量,单独解耦出电流自然响应分量进行实时计算,以达到快速跟踪的效果.使用递推最小二乘法估算电压矢量对电流的作用参数,从而计算电流的受迫响应分量.以较小的计算量实现了永磁同步电机的无模型预测控制.仿真和实验结果显示,无需预知电机参数即可获得优良的静态和动态性能,整体性能优于存在参数失配的传统模型预测控制,具有广泛的适用范围.     

电力电缆无线监测网络基于磁场取能的供能电源设计

为解决地下电力电缆在线监测系统的电源供应问题,研发一种利用电缆周边磁场变化取能的线圈结构。取能线圈的磁芯设计为可以适用于不同电压等级电力电缆的圆柱开环式结构,材料采用初始磁导率为10 000的高磁导率类锰锌铁氧体,通过理论研究与软件仿真计算进行设计,并经过实验验证结果准确性,从而确定取能线圈的结构参数、磁芯材料、线圈匝数,针对感应线圈输出电压设置电能管理电路,进而获得稳定的电压输出,实现无线传感网络定周期工作的特殊要求。利用该种能量获取方法,在35 kV地下电力电缆在电流20～700 A变化范围内,取能系统正常工作,并输出+5 V、+3.3 V输出电压,供每分钟消耗功率500 mW以内的负载电路稳定运行。     

高频电子电路用圆形截面环形磁心中电磁场的分布

为了研究当线圈缠绕于高频电子电路用圆形截面环形磁心某一段,考虑漏磁时磁心内部电磁场的分布,根据磁通连续性原理及镜像法,将绕有一个线圈的环形磁心内电磁场的分布问题,转化为绕有无穷多个线圈的无限长直磁心在其中一段磁心内的电磁场分布问题。基于麦克斯韦方程组和叠加原理,推导了环形磁心内电场强度和磁场强度的单重级数式解析计算公式。基于电场强度的计算公式,得到了涡流损耗的计算公式,与基于线圈自阻抗得到的涡流损耗计算公式进行对比,二者的计算结果吻合良好,证明了本文分析方法及所得公式的正确性。电场强度和磁场强度的计算结果分析表明,本文结论也同样适用于磁心磁导率很高或线圈均匀密绕于磁心表面,即漏磁通很小可以忽略的情况。     

矩形核电厂房屋面龙卷风风压分布及风压系数拟合方法研究

为了研究龙卷风作用方位对核电厂房屋面所受风荷载的影响,提出考虑作用方位效应的矩形厂房屋面龙卷风风压系数拟合公式。计算结果表明不同作用方位下建筑的屋面均为吸力,且屋面边缘处风压梯度较大。当作用方位从屋面长轴沿顺时针方向向短轴变化的90°过程中,屋面的最不利风压均相对较小,而当继续从短轴向长轴变化时,屋面的最不利风压会增大。利用最小二乘法给出屋面风压系数的二维拟合公式以及考虑作用方位的三维拟合公式,得出拟合结果无论数值上还是变化趋势上都与模拟结果相近,说明通过选择合理的多项式阶数,可以用一个拟合公式来表示龙卷风不同作用方位下屋面的风压系数。     

PWM可逆变流器空间电压矢量控制技术的研究

为了提高PWM可逆变流器电流跟踪性能,提出了以电流偏差微分矢量进行电流跟踪控制的新方案,当电流偏差较大时,选择适当的空间电压矢量,使其对应的电流偏差微分矢量具有与电流偏差矢量方向相反的最大分量,以获得电流的快速响应;当电流偏差较小时,则选择适当的空间电压矢量,使其对应的电流偏差微分矢量具有与电流偏差矢量方向相反的最小分量以抑制电流谐波;当电流偏差很小时,则不进行空间电压矢量切换,以限定开关频率,实验结果表明：新方案通过简单的空间电压矢量切换,在限定开关频率条件下,使电流获得快速响应的同时抑制了电流谐波。     

Test run of combined propulsion,levitation and guidance system at Miyazaki test track

In commercializing the superconducting Maglev system it is important to reduce the cost, especially that of ground coils constructed along the whole length of the guideway. For this purpose we have examined the combined propulsion, levitation and guidance system (PLG system) which can generate levitation, guidance and propulsion forces by the same coil. This paper describes the test run of the PLG system, whose ground coils (PLG coil) are constructed in one part of the Miyazaki test track. In designing the PLG coil, we make clear the magnitudes of the force acting both under normal and unusual conditions because the electromagnetic force, which levitates, guides, and propels the vehicle, directly acts on the magnet winding of the PLG coil. In the experiment, we examine both the performance of the vehicle and the force of a PLG coil. The measurement of the force at the PLG coil gives not only propulsion force and levitation force directly, but also guidance stiffness by sifting the measured coil. Good correlation recognized between the calculation and the experiment in the propulsion force, levitation force, and guidance stiffness proves that the required characteristics can be expected from the PLG system even under combination of propulsion, levitation and guidance.     

电磁推力机构的一种分析方法

基于平行排列的同轴双圆形线圈模型,导出了计算电磁推力的基本分析公式。计算指出:两个单匝线圈的互感、互感对位移的导数在其半径相等时取得极大值。针对一具体算例,通过改变感应线圈的半径,计算了通电线圈的电流、感应线圈的涡流和电磁推力的变化情况。分析结果表明,在线圈电流衰减到零之前,电磁推力会变为电磁吸力,从而引起开关触头合分时的反弹现象。最后给出一种新的电磁推力机构动态分析的方法,藉此可以方便地实现电磁推力机构的综合优化设计。     

多级电磁感应线圈炮的级间耦合特性

多级电磁感应线圈炮在发射过程中,前面各级驱动线圈放电产生的磁场和电枢自身感应电流产生的磁场都会耦合进入下一级驱动线圈,对驱动线圈的加速性能产生影响。基于多级感应线圈炮等效电路模型,建立了带有续流二极管的多级感应线圈炮数学模型,得到了其推力方程和运动方程。基于电磁感应定律,分析了2种耦合因素作用时下一级驱动线圈中感应电动势和感应电流的变化。基于场路耦合,对多级感应线圈炮进行了仿真,得到了不同情况下的耦合特性。研究结果表明:多级线圈发射中存在耦合效应;根据耦合磁通的不同,后面各级驱动线圈上会产生正向或反向串联的电动势;正向串联电动势有利于线圈炮的加速。     

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。     

Torque calculation between circular coils with inclined axes in air

In this paper we derive new semi‐analytical expressions for calculating the electromagnetic torque between inclined circular coils in air. The torque calculation has been obtained from the corresponding mutual inductance between inclined circular coils using the filament method. The coils of rectangular cross‐section whose centers are at the same and the different axes have been considered. From this general case it is possible to calculate the torque between all possible coil combinations either with rectangular or neglected cross‐section. Results obtained by the presented approach are in very good agreement with already published data. This method can be used for industrial electromagnetic devices such as torque sensors, transducers and torque‐measuring devices. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

球和线圈共轴的涡流问题解析解

导电导磁球和轴对称线圈的共轴电磁系统可用于球的涡流无损检测。文章利用磁矢量位和洛化兹规范,建立了均匀导电导磁珠和圆环线圈共轴电磁系统的时谐场边值问题,用分离变量法解得到了球的散射场解析解。在此基础上,导出了球和空芯圆柱线圈共轴电磁系统的电磁场解析解上,导出了球和空芯圆柱线圈共轴电磁系统的电磁场解析解和线圈的阻抗增量解析式。为便于计算,给出了复宗量的球贝塞尔函数的计算方法。实验表明,阻抗增量的理论计     

Determination of appropriate RF blocking impedance for MRI surface coils and arrays

Surface and phased array receiving coils in MRI typically require that RF excitation be accomplished using the body coil. This process requires that the receiving coils contain blocking circuitry to increase the overall circuit impedance during RF excitation and withstand the electromotive force induced by the applied electromagnetic field. The aim of this study was to determine the optimal impedance range required during RF excitation based on an assessment of image quality. The experimental results are fit by an exponential model and establish criteria that can be applied for general receiver coil design.     

Application of a force‐balanced coil to a tokamak device

High field is very favorable for magnetically confined fusion devices such as a tokamak, but electromagnetic force derived from the field becomes a fatal problem. In particular, the largest in‐plane centering force hinders toroidal field coils from operating at higher fields. Variable pitch multihelical coils, which we term force‐balanced coils (FBCs), by which this force is drastically reduced, are proposed for the coil system of tokamaks. FBCs can also provide poloidal flux swing for plasma breakdown and current induction during the ramp‐up phase of the coil current. In this paper, we indicate how to design FBCs for tokamaks. The fusion reactor‐size FBCs are designed and compared with that of the conventional toroidal field coil system. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(3): 39–48, 2000     

串联双线圈直流接触器电磁机构动态特性仿真与试验研究

针对串联双线圈直流接触器,采用试验和仿真的方法对其电磁系统的动、静态特性进行了计算与分析。运用ANSYS软件的参数化设计语言,对接触器的电磁系统进行了三维有限元模型分析,对动铁心的静态吸力、两线圈的自感和互感进行了计算。在静态磁场计算的基础上,运用耦合电压平衡和达朗贝尔机械运动微分方程对动铁心的动态特性进行了仿真。在仿真中将其动态过程分成4个阶段,每个阶段对应不同的电压平衡方程。将得到的方程组导入到Matlab软件中S函数模板进行动态特性曲线仿真,结果与试验结果相吻合。