基于过载控制的多级同步感应线圈发射器优化分析

为给电磁发射器系统平稳加速应用研究和发射过载精确控制提供指导,研究了给定过载约束条件的多级同步感应线圈发射器系统的优化设计。提出了以发射速度、发射效率和发射过载加速度为组合目标函数的多级同步感应线圈发射器优化设计方法,并建立了发射器系统仿真模型,通过遗传算法对5级发射器进行了优化分析。得到0.5 m口径、1 m长的5级发射器用于发射625 kg载荷,最大过载限制为33g(重力加速度g=9.8 m/s2)的优化设计方案:各级驱动电路参数相同,充电电压7 kV,电容量7.4 mF,驱动线圈轴向长度185 mm,径向厚度119 mm,匝数308;电枢轴向长度193 mm,径向厚度131 mm;相对各级驱动线圈底部与电枢底部的触发位置分别为122、1、-73、-158、-218 mm。最终发射速度为20.1 m/s、发射效率为15.7%。结果表明,基于组合目标函数的优化设计方法满足给定过载限制条件和平稳加速的设计要求、并且达到发射速度和效率最优。     

单级感应线圈发射器动态仿真及实验研究

感应线圈发射器作为电磁发射器的一种,在未来军事领域具有十分广阔的应用前景.由于感应线圈发射器的设计理论和方法还不太成熟,因此在其设计过程中,仿真程序对于评价和优化发射器的性能具有重要的作用.该文基于单级感应线圈发射器的数学模型,利用Matlab编制了发射器的动态仿真程序,同时进行了单级感应线圈发射器的发射实验.通过实验验证了发射器的发射性能和仿真程序的正确性.     

线圈型电磁发射器结构优化设计

线圈型电磁发射作为电磁发射的一种重要形式,在很多领域内有着很好的发展前景。本文介绍了线圈型电磁发射器的基本原理,以及线圈外形结构、弹体材料的设计准则。并通过有限元方法分析了影响线圈型电磁发射器发射速度的几个因素,得出了最优线圈型电磁发射器结构外形。     

三种同轴感应线圈发射器的加速特性研究

对于同轴感应线圈发射器来说,根据驱动线圈和电枢的位置关系,可将其分为三类:一是外驱动型结构,二是内驱动型结构;三是内-外驱动型结构。外驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的外面,内驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的内部,而内-外驱动型同轴感应线圈发射器有内、外两个驱动线圈,且内、外驱动线圈分别处于电枢的内侧及外侧。目前,人们只注重了外驱动型同轴感应线圈发射器的研究,忽视了内驱动型和内-外驱动型同轴感应线圈发射器的研究。本文首先分析了这三种结构类型的同轴感应线圈发射器的特点,然后利用有限元分析方法研究了它们的加速特性。研究表明:内驱动型同轴感应线圈发射器的加速特性最差,但是它适合加速大体积、大质量的载荷;外驱动型同轴感应线圈发射器具有最好的加速特性;内-外驱动型同轴感应线圈发射器,特别是磁场重接式内-外驱动型同轴感应线圈发射器也具有较好的加速特性,且电枢内涡流分布相对更均匀,但是它的结构相对复杂,不利于设计与实现。     

一种组合式同步感应线圈发射器研究

同步感应线圈发射器是一类利用电磁能推进电枢的发射器。普通三级线圈发射器在加速电枢过程中形成的推力不够平滑稳定,且随着速度与推力的增大,驱动线圈易于损坏。文章提出了一种两段三级组合式同步感应线圈发射器设计方案,进而采用有限元仿真软件进行了场路耦合计算,对普通三级线圈同步感应发射器和新设计的发射器的电枢所受电磁力、电枢速度变化等特性的波形进行了比较。结果表明,两段三级组合式同步感应线圈发射器对电枢能产生更大的推力,且推力和加速度变化特性的波形更为平滑稳定;而且其两段三级组合式设计,能够分散线圈的径向受力,从而使驱动线圈不易损坏。物理试验结果验证了仿真计算结果的可信性。     

多级同步感应线圈发射器电枢内部强磁场屏蔽与优化

该文解决了多级同步感应线圈发射器电枢内部的强磁场分布以及屏蔽优化问题。首先,分析在发射过程中电枢内部无屏蔽时的磁感应强度分布和电磁性能;然后,对屏蔽体采用单层导磁和导电材料以及三层组合的方式在不同厚度时的屏蔽效能和电磁性能作了对比;最后,对组合屏蔽方案在不同位置以及不同厚度时进行优化。仿真结果表明,磁感应强度较高时,单层导电材料的屏蔽效能要优于导磁材料,磁感应强度较低时相反;组合屏蔽方案时,在电枢的前部由于磁感应强度低而使屏蔽效果较优。该文提出优化方案:屏蔽体的位置位于电枢前部,组合方案为0.5mm铜、0.5mm铜以及2mm低碳钢Steel₁008,屏蔽前后磁感应强度分别为0.3303T和0.155 2T,屏蔽效能为6.560dB。     

基于磁场方向变化的同步感应线圈发射器效率提升分析

提升同步感应线圈发射器的能量转换效率是电磁发射研究的热点之一.电枢在运动过程中,磁场沿轴向剧烈变化,使得电枢产生了感生电流和动生电流,电枢受力不均匀.在磁场同向的条件下,电枢加速主要集中在驱动线圈电流的上升沿,电枢截面电流分布不均匀.由于驱动线圈电流的减小和电枢的运动,导致磁场迅速减小,影响了系统的发射效率.身管内的磁...     

单级感应线圈发射器仿真方法对比及实验研究

感应线圈发射器作为电磁发射器的一种,在未来军事领域具有十分广阔的应用前景.本文基于单级感应线圈发射器的电流丝模型,利用MATLAB编制了动态仿真程序,同时利用有限元软件ANSOFT对发射器的动态性能进行仿真,最后进行了单级感应线圈发射器的发射实验.通过实验验证了发射器的发射性能,并结合实验结果对两种仿真技术的优缺点进行...     

三相异步感应线圈发射器适用的高功率脉冲电源性能分析

异步感应线圈发射器具有良好的应用前景,但是由于存在电源瓶颈和转换效率不高的问题,使得异步感应线圈发射器还不能投入实用。本文分析了异步感应线圈发射器的结构和工作原理,指出只有当其激励电流是对称的才会产生正向行波磁场加速弹丸沿着发射筒轴线正方向运动。根据对称分量法,任意三相电流总可以分解成正序分量、负序分量和零序分量。正序分量和负序分量都是对称的,前者产生正向行波磁场,后者产生逆向行波磁场。零序分量产生脉振磁场。只有正向行波磁场产生正电磁力加速弹丸做正功,而逆向行波磁场产生反向电磁力阻止弹丸前进做负功,脉振磁场会产生附加损耗。因此,为了提高异步感应线圈发射器的转换效率,应该尽量减小激励电流中的负序分量和零序分量。本文还对实验室常用的高压脉冲电容和飞轮发电机用作异步感应线圈发射器的激励电源的性能进行了分析,指出由于存在端部效应和电路参数不匹配等原因,激励电流波形不对称,其中含有大量的负序分量和零序分量。本文最后提出两点建议:一是针对高压脉冲电容用作激励电源,增加匹配网络使得各相等效阻抗和谐振频率相等,精确计算各相电容充电电压和各相依次放电时间,确保最后一相导通后三相激励电流按指数规律衰减的幅值包络线相同。二是研制新型的逆线圈炮型三相脉冲直线发电机用作三相异步感应线圈发射器的激励电源,可以弥补端部效应的影响。     

治理配电网电压波动的TSC无功补偿电路设计

为减小同步辐射装置负荷所致配电网络电压波动,采用晶闸管投切电容器无功补偿装置(以交流过零型固体继电器为开关)进行无功补偿。该装置以负荷侧无功电流幅值IQM为电力电容的投切判据;借助MATLAB仿真工具SIMULINK仿真补偿后的配电网络,获得IQM进而求得该网络无功补偿所需的电容量,用晶闸管投切最终网络得到所需无功功率补偿,电压的波动值控制在允许范围内。     

大型感应电动机单相短路故障动态力计算

定子单相短路故障是大型感应电动机的多发故障之一,故障发生时可能会导致绝缘损坏、转子损坏等问题。定量分析了电机故障状态下局部电磁力与电磁力波动态变化情况。提出了二维场–路–运动耦合时步有限元法与麦克斯韦应力法相结合的大型感应电动机动态力计算数学模型,分析计算了电机单相短路时铁心齿部关键点电磁力动态分布,并通过提取气隙磁场变化特征,得到了电机转子受到的径向与切向电磁力波动态变化三维图。计算结果表明,大型感应电动机在发生单相短路故障时,定、转子齿部不同位置的受力状况有很大不同,转子受到的径向与切向电磁力波幅值可达到正常状态下的2.4倍和2.7倍。     

网孔矩阵法计算直线感应发射器的电感

电感计算是预测、分析线圈型电磁发射器动态特性的基础。为此,介绍了网孔矩阵法计算线圈电感的基本步骤和方程式,以一台三相直线感应发射器为例,给出了初级电感、次级电感数组,绘制了初级与次级间的互感及互感梯度随空间位置变化的曲线,对电感计算值与实验测量值进行了对比。结果表明,两者相对误差很小,网孔矩阵法完全可以满足工程计算需要,它是分析线圈型电磁发射器的有效手段,由它计算得到的互感及互感梯度空间曲线的描绘有利于深刻理解直线感应发射器的工作机理。     

感应电动机的通用等值电路和磁场加速控制条件的修正

磁场加速法是一种新型、高性能的感应电动机控制方法,其电磁过程可用暂态等值电路进行分析。本文给出了一种通用暂态等值电路的简捷推导方法。本文还指出並修正了文献[3]所给出的错误的磁场加速控制条件。本文得到的正确控制条件对于构成实际的控制系统具有重要意义。     

笼型感应电机发生断条故障时转子局部电磁力计算

电磁应力是导致笼型感应电机发生断条故障的原因之一。基于二维瞬态磁场结果,结合麦克斯韦张量法和洛仑兹力原理,对电机故障前后的转子铁心、导条所受电磁力进行计算,通过将该方法算出的转矩值与局部雅各比导数法得到的结果进行核对,并与实测电机转矩值相比较,验证了该方法的准确性。根据电机在不同断条程度时转子上各类电磁力的分布规律,得出了故障时电磁力分布的非对称性特征及应力集中位置,从磁应力的角度分析了故障电机进一步断条的可能性。计算得到的电磁力结果可作为求解转子结构形变的载荷,该文所提出的局部电磁力分析思路也可以为求解其他故障类型的电磁力问题提供参考。     

轭部激磁单相感应电机分析及设计

轭部激磁电枢结构,是将电机的激磁绕组缠绕在定子轭部的结构形式。本文设计了一台额定功率60W、4极的轭部激磁单相感应电机,并利用电磁场有限元分析软件AnsysMaxwell,对轭部激磁单相异步电动机进行了仿真分析。轭部激磁单相感应电机（主、副绕组总匝数分别为3600、3840）和传统单相感应电机（主副绕组总匝数分别为1800、1920）空载和负载性能基本一致。为交流电机提供一种新颖、有效的结构形式。     

无槽双边长定子直线异步电动机二维磁场分布及电磁力计算

在不考虑边端效应的前提下,分析了一种无槽双边长定子直线异步电动机的二维磁场分布,在此基础上推导出电动机的相关电感参数和电磁推力计算公式.将解析计算结果与有限元计算结果进行比较分析,证明了理论分析的正确性.为了分析纵向边端效应对这种类型电动机性能的影响,还比较了考虑纵向边端效应和不考虑纵向边端效应两种情况下电动机的电磁推力,为这种新型直线电动机的优化设计提供了理论依据.     

大型抽水蓄能电机低频电磁力分析计算

随着机组容量的增加,低频振动问题越来越受到关注。到目前为止,国内投运的数十台大容量水电机组都不同程度地存在着低频振动问题,有些机组的振动甚至超过标准的规定限值。针对这一问题,本文对低频振动的机理进行分析,探讨低频电磁力产生的原因、研究其计算方法,并以抽水蓄能电机为例,计算分析低频电磁力及其影响因素。结果表明:低频电磁力的大小随气隙偏差、不圆度、气隙磁密增加而增大,随气隙长度增加而减小。虽然在制造和安装的过程中无法消除这些因素,但可以通过提高转子加工和安装精度,最大限度地减小电磁力和降低低频电磁振动,以保证振动幅值小于标准要求而使机组能长期安全可靠运行。     

可视化中小型异步电动机电磁设计软件的设计与开发

应用面向对象的、可视化的C++Builder6.0,设计和开发可视化中小型异步电动机电磁设计软件。本文介绍了该软件的窗口设置及其功能实现方法,给出了原代码。同时,论文给出了若干规格三相异步电动机的若干性能的设计值和试验值。使用效果表明该软件界面友好、操作方便、准确性高,适用于中小型异步电动机计算机辅助设计。     

高频感应加热电源功率器件MOSFET驱动电路

针对多管并联的MOSFET驱动这一难题,通过分析MOSFET开关过程,得出了MOSFET开关转换对驱动电路的要求,以及驱动电流和驱动功率的计算方法,最后采用脉冲变压器法设计了高频感应加热电源功率器件的驱动电路,并给出了电路的设计参数及实验波形.