等离子体浓度对离子撞击材料表面能量通量的影响

研究了射频鞘层中离子轰击材料表面的能量通量与等离子体浓度之间的关系。在射频鞘层模型基础上,推出了离子轰击材料表面的速度、浓度及能量通量的表达式。分析了等离子体浓度对离子能量通量的影响。实验数据与理论分析有较好吻合,验证了理论分析的正确性。等离子体浓度对离子能量通量起双重作用:一方面,等离子体浓度的增加削弱离子能量;另一方面,等离子体浓度增大使轰击材料表面离子的数量增加。等离子体浓度较低时,前者的作用较大并且影响比较显著;随等离子体浓度升高,后者的作用增大,并且等离子体浓度对离子能量通量的影响趋于平缓。     

大气压射频辉光放电电子数密度解析解及等离子体阻抗特性研究

为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电容混联"等效电路模型,模型参数可由ne计算得到。通过与他人数值模拟得到的ne对比,验证了该解析解的正确性。实验结果表明:放电电压和电子数密度随电流密度的增加而线性增加;鞘层厚度、准中性区的等效电容和鞘层的等效电容受电流密度变化影响不大;准中性区的等效电阻和放电间隙总等效阻抗随电流密度的增加而减小。实验结果还指出了前人工作中存在的一些问题:在小间隙时错误地忽略鞘层厚度,认为准中性区的长度就是电极间隙距离;不合理地将准中性区场强近似为0。未来工作希望进一步推导低气压或大间隙时电子数密度的解析解。     

多断口直流真空断路器介质恢复强度研究

以126 k V模块化多断口直流真空断路器为研究对象,在连续过渡模型建模中考虑金属蒸气与离子密度的影响,给出中频真空电弧介质恢复动态数学模型;通过对其开断过程的数值仿真,得到断口间鞘层动态变化与介质恢复强度变化关系曲线以及弧后电流、瞬态恢复电压与新阴极表面电场强度分布。采用对比分析方法,研究各断口间瞬态恢复电压分配规律以及弧后介质恢复强度影响因素。研究结果表明:由于线路阻抗产生的瞬态恢复电压等因素使得各断口间开断电压及电弧能量分配不均,某一断口所受电压及电弧能量高于其他断口,金属蒸气初始密度大且弧后电流下降率较大,瞬态恢复电压上升速率更快,鞘层发展速度缓慢,新阴极表面场强较高,易发生重击穿从而导致断路器开断失败。在换流回路中采用较大电容以保证TRV合理分配,进而提高多断口直流真空断路器开断性能。     

二维对称结构纳秒脉冲介质阻挡放电数值模拟

为具体分析放电过程中电场强度、电子密度、平均电子能量及鞘层的变化规律,通过简化化学反应动力学模型以及采用全时域漂移-扩散模型方程,对N2-O2混合气体的二维平行电极纳秒脉冲介质阻挡等离子体放电的发展演化过程进行数值模拟。计算结果发现:放电从电极处开始发展形成约化场强约为5×10-19 V?m2的强电场,高电压电极附近形成0.2 mm的鞘层区域,鞘层边缘存在数密度为1.6×1019 m-3的薄电子层,且其边缘分层结构与低气压辉光放电鞘层分层结构一致;电子沉积在介质表面,等离子体从强电场中获得的能量使得其在脉冲结束后的余辉过程中继续维持,进而有效地将能量耦合给等离子体。数值模拟结果表明,提出的简化化学反应动力学模型能够有效地模拟复杂的介质阻挡纳秒脉冲放电的物理过程及其各个物理参数的变化规律。     

离子参数对物理气相沉积薄膜微结构的影响

在追述以往的判断薄膜微结构的结构区模型的基础上，整理和介绍了国外最近提出的结构区模型。它是以离子复合参数Ｅｐ（由到达的离子带给凝聚粒子的平均能量ｅＶ／ａｔｏｍ）为参变量，衡量该参数对薄膜微结构及其特性的影响，对今后设计ＰＶＤ设备和更好地掌握工艺条件，将会是有益的。     

离子速度对霍尔推力器壁面鞘层特性的影响

为进一步探索霍尔推力器通道内等离子体鞘层的物理机制,针对霍尔推力器等离子体鞘层区域建立二维物理模型,采用二维粒子模拟方法研究了二次电子发射系数、鞘层电子数密度、鞘层电势以及电场随离子入射速度的变化规律,分析了模拟区域径向尺度大小对鞘层稳定性的影响。结果表明:壁面二次电子发射系数随离子入射速度的增大有少许增大,变化在10-3数量级;随着离子入射速度的增大,电子数密度、鞘层电势降及径向电场都减小,而轴向电场几乎不变;在相同的边界条件下,模拟区域径向尺度的增大会导致壁面电势随时间的振荡加剧,鞘层稳定性降低。     

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。     

直流气体放电过程中的离子分子碰撞模型

气体放电是高压设备绝缘击穿的一种常见现象,为了研究正离子能量及行为对气体放电过程的影响,采用微观粒子法在计算机上模拟了平板电极下,极间电压为500V时,短间隙击穿过程中的正离子运动。数值计算的过程中考虑了离子与分子间的弹性碰撞及电荷交换碰撞对离子运动的修正作用,采用了与能量相关的碰撞截面,跟踪正离子直至其运动到达阴极表面。基于此方法获得了空间电荷密度、带电粒子数与电场强度等宏观物理量。计算结果表明:直流放电过程中,正离子碰撞阴极是放电得以维持的必要条件;正离子运动缓慢形成的空间电荷畸变了电场,促进了碰撞电离,有利于放电的持续进行,同时离子碰撞加剧将减弱γ过程,使放电无法自持。     

能量分布均匀性对恒功率下多极射频诱导胶原蛋白分泌的影响

针对多极射频的电极极性排布模式开展研究，建立仿真模型分析皮肤组织中射频能量分布和热量分布随不同处理模式的变化规律，并通过细胞实验和动物实验定量分析了能量分布均匀性对恒功率下多极射频诱导胶原蛋白分泌的影响。结果表明，正、负电极交错排列模式下，多极射频作用于皮肤组织的电流密度均值、能量分布均匀性和热量分布均匀性相对最优。多极射频处理可有效促进体外培养的皮肤成纤维HFF-1细胞增殖并提升细胞活力，同时该应用效果与射频能量分布均匀性正相关。不同电极极性排布模式下多极射频诱导胶原蛋白分泌的效果有显著差异，能量分布均匀性越高，成纤维细胞分泌胶原蛋白量及大鼠皮肤胶原蛋白层厚度增加越明显。以上结果为多极射频技术的临床研究提供了理论和实验支撑。     

考虑电极熔化的弓网电弧与电极耦合模型

为了探明弓网电弧对受电弓滑板与接触线材料的侵蚀规律,基于磁流体动力学(MHD)理论并考虑弓网电弧与电极之间的能量传递,建立了弓网电弧与电极熔化耦合分析模型。采用熔化/凝固模型求解弓网电极材料内部的能量方程,分析弓网电弧作用下的弓网电极材料熔化特性;通过计算稳态弓网电弧特性,得到弓网电弧对电极的热流密度分布情况,将热流密度注入受电弓滑板与接触线来分析弓网电极的熔化特性;研究了弓网电弧燃弧时弓网电极材料的熔池特性随时间的变化情况;分析了弓网电极材料在不同弓网电弧电流情况下的熔池特性。研究结果表明:弓网电弧对接触线和受电弓滑板的热流密度注入呈现高斯分布形态;接触线与受电弓滑板的熔池深度、熔池半径均随着弓网电弧作用时间的增大而增大;随着弓网电弧作用时间增加,接触线表面的熔池深度始终大于受电弓滑板表面的熔池深度,受电弓滑板与接触线表面的熔池半径大小出现2次交点;400 A弓网电弧电流作用0.2 s时间后,受电弓滑板和接触线的熔池半径分别达到3.86 mm和4.3 mm,熔池深度分别达到1.24 mm和2.95 mm;随着弓网电弧电流的增加,弓网电极材料表面的熔池深度与熔池半径均增大,且受电弓滑板与接触线的熔池半径随弓网电弧电流的变化趋势相同,接触线表面的熔池深度随弓网电弧电流的变化率更大。计算结果可为轨道车辆的弓网系统的设计和评估提供参考意见。     

多极永磁无刷直流电动机瓦形磁钢气隙磁通密度的解析计算

利用永磁体的等效面电流法,求得多极平行充磁内外圆弧不同圆心不同半径瓦形永磁体在电机定子内表面产生的径向磁通密度的解析计算公式。通过对一台多相无刷直流电动机的解析计算结果与反电动势的实测值比较,验证了电磁场解析计算公式的有效性和正确性。推导给出的内外圆弧不同半径、不同圆心平行充磁瓦形磁钢产生气隙磁场的解析计算公式,解决了平行充磁瓦形磁钢难以获取平顶反电势波形的问题,提高了解析法计算永磁电机气隙磁场和参数的精度,为多极式无刷直流电动机优化设计及性能分析奠定了理论基础。     

Temperature rise in a birefringent substrate caused by RF discharge plasma

Temperature rises of a birefringent substrate (LiNbO₃) have been measured in an argon RF discharge plasma. The measurement method is based on monitoring the variation of natural birefringence with temperature by laser interferometry. Using this method, the dependence of substrate temperature rise on applied RF power and gas pressure has been investigated. The evaluation of the temperature curves shows that heat flux from the plasma toward the substrate is independent of time and temperature. The magnitude of the flux differs largely from the applied power, and is approximately 0.4% of the power. By measuring the electron density, electron temperature, and plasma potential with a Langmuir probe, the energy of the ions incident on the substrate is estimated. The ion flux toward the substrate is calculated from the energy of ions and is compared with the measured heat flux. The dependence on the applied power is in approximate agreement between those fluxes. The temperature distribution over the substrate thickness is simulated numerically using the finite difference method. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 127(4): 9–17, 1999     

表面电机气隙磁密的分析计算

提出了计算表面电机气隙磁通量密度分布的分析方法.建立了表面电机磁场的分析模型,给出了磁标量位的拉普拉斯方程及一系列边界条件.用分离变量法获得了永磁体在气隙中产生的磁场强度和磁通量密度的分析表达式.将分析结果与试验结果进行对比,证明了分析方法的正确性,为进行表面电机对比研究、优化设计和机械动力学建模提供了基础.     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

NUMERICAL ANALYSIS OF TUBULAR INDUCTION MOTOR WITH COMPOSITE ROTOR

ABSTRACT

A numerical solution is presented for the fields and forces in tubular induction motor having a rotor consisting of alternate rings of copper and steel mounted on a solid steel core when excited by a sinusoidally distributed current sheet. The edge effect due to the finite length of the current sheet and the inhomogeneity in the rotor material are taken into consideration.

The numerical solution of the field problem is obtained using the finite difference technique. The field equations are formulated in terms of the magnetic vector potential. The corresponding difference equations are derived for the different media, different surface boundaries and the different corner nodes.

The magnetic vector potential distribution, the flux density distribution and the generated force for different values of copper to steel ratio in the rotor are computed. The computed results are compared with the experimental results published by the authors [ 4 ].     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

Two‐dimensional dc surface motor using window‐shaped coils

The authors have been pursuing the possibility of using a two‐dimensional dc motor as a driver for a dining assistance apparatus. In this paper, a new type of dc surface motor using window‐shaped coils (DSM) is proposed by the authors. Equations describing the relation between the excitation mode of the window‐shaped coils and the thrust are derived. The driving characteristics of the DSM are summarized as follows: 1. The maximum flux density of the air gap is calculated to be 0.35 T when the exciting current is 1.8 A. The flux density actually obtained is only 20% of the maximum flux density magnitude (1.8 T) of the yokes (SS41). 2. The thrust constants in the x and y directions are 2.93 and 2.70 N/A, respectively, showing a discrepancy of only 8%. The maximum static thrust is over 5 N when the exciting current is 1.8 A. 3. Good positioning accuracy of 7.5% was achieved when the DSM was subjected to the PD control method. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(1): 70–77, 1999     

全钒氧化还原液流储能电堆

采用高密度石墨板为集流板,质子交换膜为隔膜,多孔碳材料为电极,组装成全钒氧化还原液流电池,研究了不同质子交换膜、多孔碳材料和电解液的流量对电池性能的影响,用15个单电池组装成了全钒氧化还原液流储能电堆,电堆的电极和隔膜的有效面积均为546 cm2,并对电堆的充放电性能进行测试和表征.结果表明,以PVDF-g-PSSA膜为隔膜,聚丙烯腈石墨毡为电极的全钒氧化还原液流储能电堆充放电可逆性能好,能量效率随着充放电电流密度增加而减小,电流密度在40 mA/cm2左右时,能量效率高达82.3%,电堆的库仑效率随电流密度增加而增加,电流密度超过1 00 mA/cm2时,库仑效率可达94.5%.     

Three-dimensional (3-D) model of electric field and space charge inthe barbed plate-to-plate precipitator

A finite-element/method-of-characteristics model of three-dimensional (3-D) electrode geometries with corona discharge is used to predict space charge density, current density, electric potential and electric field in point-to-plane, single-barb plate-to-plane, and hexagonal multiple-barbed plate-to-plate electrostatic precipitator (ESP) geometries. Although a modification of Peek's formula for the hyperboid-to-plane was initially used to establish a boundary condition at the edge of the corona, predicted total current did not agree with measured values. As a result, it was necessary to use measured current-voltage characteristics to establish the space charge density at the outer surface of the corona sheath. An additional problem in modeling point discharges is specification of shape and size of the corona sheath. Both the authors' results and much earlier work by Trichel suggest that the thickness of the corona sheath cannot be automatically neglected