非线性瞬态磁场的研究及其在圆筒型直线感应电机瞬态分析中的应用

从麦克斯韦方程出发，推导出了以磁感应强度为未知量的涡流场方程及其有限元方程。给出了通用形式时步离散差分格式。采用电流耦合法，推导出了电压源激励下通用形式的非线性时步有限元方程。对筒式复合次级圆筒型直线感应电机瞬态特性进行了计算分析，对其瞬态气隙磁场进行了研究。计算值与测试值的一致性证明了本文理论的正确性。     

有限元法在圆筒型直线感应电机瞬态特性分析中的应用

本文推导出了以磁感应强度为求解量的非线性涡流场方程及其有限元方程。采用电流耦合法得到了电压源激励下通用形式的非线性时步有限元方程。在有限元方程的推导中，提出了一种解决非均匀媒质间相对运动的新方法。利用所得方程对一台笼式圆筒型直线感应电机的瞬态特性进行了计算与试验分析。文中还对电机初、次级初始相对位置的变化以及电压初相角的变化对瞬态特性的影响进行了研究分析。     

筒式复合次级圆筒形直线感应电机瞬态特性的分析

从麦克斯韦方程出发,推导出了电流源激励下与电压源激励下非线性通用形式的时步有限元方程,对筒式复合次级圆筒形直线感应电机的瞬态特性进行了分析,并与试验结果进行了比较分析。     

不同功率同步电机瞬态时间常数的对比研究

受电力系统安全生产要求的限制,通常采用小功率电机模拟并研究大型发电机的瞬态特性,但小功率电机定转子电阻的标幺值并非远小于相应绕组漏电抗,如果直接采用忽略电阻的传统瞬态时间常数解析法对电机瞬态特性进行分析,必然产生一定误差。为解决这一问题,本文推导了计及定转子电阻的瞬态时间常数改进解析表达式,通过7.5kW模型机试验及时步有限元方法验证了该解析表达式的正确性,并将其应用于不同功率电机,发现当定转子电阻变化相同倍数时,利用改进表达式计算瞬态时间常数的精度明显高于传统方法。研究结果为瞬态时间常数的计算和精确测量提供理论基础。     

求解时步有限元系统方程的改进非线性算法

针对在利用向后欧拉法求解时步有限元系统方程的非线性迭代中存在的数值误差使有限元后处理物理量的结果中出现很大噪声尖峰的问题,提出了一种能控制离散变量数值误差和后处理物理量噪声尖峰的改进算法.首先对电磁设备瞬态运行时步有限元系统方程的矩阵形式进行变形处理,推导了系统方程的新系数矩阵和非线性迭代的递归公式,以及非线性迭代误差估计的计算公式.然后,将改进的算法用于仿真计算一台感应电动机瞬态运行的反电动势和涡流损耗,对两种算法计算结果的对比分析,显示改进算法能显著地消除反电动势和涡流损耗中的噪声尖峰信号.     

永磁同步电动机瞬态场的有限元动态分析

稀土永磁同步电动机从某一运行状态突然到另一运行状态的过渡过程中,有可能引起严重后果。首先要准确细致地分析电机内部瞬态磁场的分布,然后才可以方便地计算电机的瞬态特性。本文采用电流偶合法,对凸极转子进行了新型自动剖分,建立了恒定电压源激励下均匀媒质非线性通用形式的时步有限元差分方程,计算结果与实验结果比较,表明该方法是计算和分析永磁同步电动机的一种有效的方法,也是设计永磁同步电动机的有效途径。     

三绕组单相电动机故障运行瞬态过程仿真研究

对Y(星形)接法三绕组单相电容异步电动机故障运行的瞬态过程进行仿真分析。根据三绕组单相电容异步电动机在α-β坐标系下的瞬态数学模型以及故障状态时的端点边界方程,推导出绕组的端电压约束条件,编写计算机仿真程序;通过实例对异步电动机的几种故障状态的瞬态过程进行仿真计算,对仿真结果进行分析。     

基于时步有限元的抽水蓄能电机瞬态参数计算方法的对比

为准确计算抽水蓄能电机分别运行于发电及电动工况时的瞬态参数,本文基于单元电机建立了抽水蓄能电机的场路耦合时步有限元模型。采用包络线法得到空载突然三相短路时电机的瞬态参数(简称包络线法),同时用冻结磁导率法得到空载突然三相短路时定转子绕组漏抗及电枢反应电抗,由各瞬态参数定义式得到瞬态参数(简称冻结磁导率法)。将冻结磁导率法计算值与设计值分别代入短路电流解析式中得到短路电流波形,与时步有限元仿真波形相比,冻结磁导率法计算波形与之更为接近。将这两种瞬态参数计算方法应用于实验室6极反装水轮发电机,与实验结果对比验证了两种计算方法的有效性和可行性。     

三绕组单相电动机故障运行瞬态过程仿真研究

对Y（星形）接法三绕组单相电容异步电动机故障运行的瞬态过程进行仿真分析。根据三绕组单相电容异步电动机在α-β坐标系下的瞬态数学模喇以及故障状态时的端点边界方程，推导出绕组的端电压约束条件，编写计算机仿真程序；通过实例对异步电动机的几种故障状态的瞬态过程进行仿真计算，对仿真结果进行分析。     

定转子电阻对同步电机瞬态时间常数影响

采用忽略部分定转子电阻影响的瞬态时间常数传统解析表达式计算同步电机瞬态特性时会产生一定的误差。为解决该问题,推导了计及定子电阻的直轴瞬态时间常数改进解析表达式和计及转子电阻的定子非周期瞬态时间常数改进解析表达式,通过7.5 kW模型机试验及时步有限元方法验证了该解析表达式的正确性。采用该解析表达式计算了瞬态时间常数随定转子电阻变化的规律,发现不同定转子电阻下,利用改进表达式计算瞬态时间常数的精度明显高于传统方法。     

基于分布式光纤测温系统的单芯电缆瞬态温度场数值计算

为了保证地下电缆的可靠运行,电力部门的常规做法是在电缆表面安装分布式光纤温度传感器（DTS）,对电缆的热状态进行直接监测。由于电缆的载流量取决于导体的持续运行最高温度,因此基于传热学原理,利用通用有限元软件对计算场域进行自动划分,通过提取得到的单元与节点信息自主编制有限元计算程序,结合实时变化的负荷数据及DTs测量的电缆表面温度,分析计算了单芯电缆的瞬态温度场。通过110kV1×630mm^2交联聚乙烯电缆的试验研究,对比电缆导体温度的测量值和计算值,结果表明,自主编制的有限元计算程序能够准确地计算电缆的瞬态温度场,为电缆安全高效的运行提供了有效的理论依据。     

架空传输线在电偶极子激励下的瞬态电磁响应

利用电磁拓扑学,将电偶极子产生的电磁场与架空传输线的电磁耦合问题进行拓扑分解,推导出用于同时求解传输线瞬态电压响应和空间电场的BLT方程.推导过程中引入电场的分量形式以解决入射场的方向性,考虑了传输线中差模电流和共模电流的辐射,并计及了由传输线初始状态引起的零输入响应.利用本文结果可有效地计算外部电磁场与传输线的耦合问题.     

三绕组单相异步电动机故障运行过程瞬态分析

对三角形接法的三绕组单相异步电动机的相绕组开路以及电容器开路的故障运行动态过程进行了仿真分析。为了得到动态特性,根据三相异步电动机在α-β坐标系下的动态数学模型以及故障状态时的端点边界方程推导出绕组的端电压约束条件,编写计算机仿真程度,通过实例对电动机稳定运行时突然发生的几种故障状态的瞬态过程进行仿真计算,并对仿真结果进行分析。     

瞬态电磁场对屏蔽电缆的耦合机理

为了研究瞬态电磁场对屏蔽电缆的耦合机理,提出了区域分解时域有限差分法。基于法拉第定律的积分形式推导出了圆柱坐标系下三角形网格内磁场分量的FDTD差分方程,获得了屏蔽电缆不同截面上电磁场分布和屏蔽层上电流密度分布的规律。初步研究表明快速瞬态电磁场难以透过电缆屏蔽层耦合电缆芯线,缝隙耦合可能是瞬态电磁场耦合电缆的主要途径。     

非理想正激变换器的负载瞬态建模与分析

负载瞬态响应是DC/DC变换器设计中的重要指标,通常在基于理想模型的计算中难以准确预估,从而导致调试时发生器件过压损坏。在考虑了主要寄生参数后,对峰值电流模式正激(PCMF)变换器的功率级进行非理想建模。根据非理想小信号模型推导出了控制-输出传递函数与输出阻抗的非理想表达式。然后给出了负载瞬态下过冲电压与恢复时间的表达式,并根据100 W/15 V原理样机的电参数进行了瞬态参数计算。对原理样机进行波形测试,得到穿越频率、相位裕度、过冲电压、恢复时间等参数,与计算值吻合较好,证明了该模型的精确性与推导的正确性。     

异步电机机械时间常数瞬态测试法

本文提出一种测试计算异步电机机械时间常数的方法。通过对异步电机空载起动瞬态特性的分析,推导出计算机械时问常数的数学表达式。计算公式表明,只要测量出电机起动时间(t_(st))和最大转矩时的转差率(S_m),就能计算出机械时间常数(T_?)。本文提出的计算方法为应用数字计算机进行自动测试提供了方便。     

感应子脉冲发电机容性整流系统瞬态特性分析

基于放电电感模型全面地分析了感应子脉冲发电机容性整流系统的瞬态特性,厘清了此整流系统存在的全部四种工作模态。推导出各模态之间的临界电压值,以及换流延迟角度和重叠角度的计算式,建立了瞬态模型,并用阀对阀电路仿真和试验结果验证了所提理论计算的准确性。阐明了电路中各模态对充电过程的作用,分析了电路的等效形式,揭示了充电电压与电机电势(EMF)幅值的设计原理。研究结果表明：电路可以看成直流电源串联一个等效换流电抗和等效瞬态换流电感对电容器充电的形式;整个充电过程中起主要作用的是模态1和模态2;合理的充电电压设置值应介于1.3倍~1.5倍发电机相电势幅值之间。     

变电站瞬态电磁场耦合二次电缆数值方法研究

提出瞬态电磁场耦合细线问题的三维时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)数值方法的一种改进模型。基于电磁散射理论推导出有限长直细导线终端以及拐角附近的电磁场分量的离散方程。利用改进模型计算电磁脉冲激励下双导体传输线终端负载上的电流电压响应,并进行实验验证。结果表明计算结果与实验结果吻合较好,说明改进的三维FDTD数值模型对研究瞬态场线感应问题是有效的,可用于变电站瞬态电磁场对二次电缆干扰问题的研究。     

单相Smith电动机瞬态分析

对三相感应电动机Smith接法单相运行时的瞬态过程进行仿真分析.为了得到瞬态特性,推导出电动机定子绕组端电压约束条件,建立起单相Smith电动机在αβ坐标系下的瞬态数学模型.编写计算机仿真程序,通过实例对三相感应电动机Smith接法单相运行时的瞬态过程进行仿真计算,计算结果与试验结果基本吻合,验证了该模型的正确性;用对称分量法分析三相感应电动机Smith接法时的电路系统,确定电容的数值.对仿真结果进行分析,单相Smith电动机在负载一定、转速一定的情况下通过选择恰当的电容可以实现完全平衡对称运行.单相Smith电动机在由三相电机额定相电压的单相电源供电时带负载能力较弱,起动转矩较小,适合于对起动要求不高的风机泵类负载,当要求起动转矩较大时,可采用双值电容来实现.     

用时域有限元边界元耦合法计算三维瞬态涡流场

文中首次应用时域有限元一边界元耦合法（T-FEBEM）研究了涡流检测中有限厚平板导体中含有窄裂缝时的瞬态涡流场。采用伽辽金加权余量法，推导出A-φ位函数的时域有限元—边界元耦合算法，讨论了确定时间步长的基本方法，用不完全分解共轭梯度法（ICCG）求解线性方程组。研究了平板导体中不同深度裂缝的时域响应，并与频域有限元—边界元耦合法（FEBEM）和付里叶变换方法所得结果进行了对比。计算结果表明，时域有限元—边界元耦合法效率更高，是一种求解瞬态开域涡流场的有效方法。