单级同步感应线圈炮电枢的磁场-温度场有限元分析

为了研究电枢在同步感应线圈炮发射过程中的温度分布规律以及影响电枢温度分布的因素,依据瞬态涡流场和计算传热学的相关理论建立单级同步感应线圈炮电枢磁场-温度场耦合分析的数学模型,利用APDL建立了电枢和驱动线圈的有限元模型,将线圈炮发射过程中电枢中感应的焦耳热损耗作为体积热源,通过顺序耦合的方法实现电枢的磁场一温度场有限元...     

同步感应线圈炮内磁场及涡流场的有限元分析

为了研究感应线圈炮内磁场及涡流场的分布,根据单级实心电枢同步感应线圈炮的结构模型,基于矢量磁位和标量电位相结合的方法建立了其导体区域涡流场的数学模型。对套箍和炮管非导体区域、气隙区域分别采用矢量磁位、标量磁位来描述磁场。在电枢区域涡流场的控制方程中,考虑了电枢运动效应和位移电流效应的影响;在驱动线圈区域涡流场的控制方程中,考虑了位移电流效应的影响。采用Ansoft有限元分析软件对单级实心电枢同步感应线圈炮内的涡流场分布情况进行了仿真研究。仿真结果表明:单级实心电枢同步感应线圈炮内的磁场在电枢尾部发生明显畸变,电枢内的涡流主要分布在电枢的外表面和尾部,其方向与驱动电流的方向相反。这些工作体现了单级实心电枢同步感应线圈炮实际工作过程中磁场、涡流场以及能量损耗的分布规律,为感应线圈炮的优化设计提供了参考依据。     

考虑电枢速度的多级感应线圈炮最佳触发位置

针对多级感应线圈炮中,电枢的速度会影响驱动线圈的最佳触发位置,分析影响电枢受力的变量的特点,给出了电磁力的曲线.基于冲量定理,分析电枢的速度增量与电磁力及其作用时间之间的关系,得出最佳触发位置会随着电枢速度增加而不断提前的结论.为验证理论分析结果,建立感应线圈炮的仿真模型,对不同电枢初始速度下的驱动线圈最佳触发位置进行了仿真.仿真结果和分析完全一致,而且当电枢速度较高时最佳触发位置甚至会提前到电枢处于制动力的位置.通过仿真得到电枢初始速度与驱动线圈最佳触发位置之间的关系曲线,并据此给出多级感应线圈炮的触发控制策略.     

驱动线圈结构参数对电枢力学性能的影响

为了研究驱动线圈的结构参数对电枢受力的影响,根据电路—电磁耦合理论,采用ANSYS有限元分析软件建立了三维线圈炮的模型并分析了驱动线圈各个参数对电枢性能的影响。仿真结果表明:当驱动线圈横截面宽度减小了,长度增加,匝数增加时,电枢推力增加,但增幅不是很大,只有层数增加,电枢推力变化较大。但从加工角度考虑,故选择横截面参数0.5 mm×10 mm,匝数25匝,层数11层。为进一步设计线圈炮提供了依据。     

电容器参数对感应线圈炮发射特性影响的分析

为提高感应线圈炮抛体加速力、出口速度和系统效率,在介绍了发射原理后建立了单级同步感应线圈炮的等效电路模型,将抛体电枢的电阻和电感通过互感反映到驱动线圈回路电路中以简化抛体电枢加速力的计算过程并采用电磁场有限元计算与嵌入式外电路耦合的方法,瞬态仿真分析了电容器不同电容值和不同电压值对感应线圈炮发射性能的影响。仿真结果表明:感应线圈炮发射时的放电脉冲电流波形与独立的LCR放电波形不同,驱动线圈与抛体之间的互感变化对放电时间常数有影响,抛体涡流引起的反感应电动势对驱动线圈的电流变化有阻碍作用,增大电容器的电容值或电压值都能够增强抛体的加速力,但是系统发射效率并不一定提高。最后指出,在高速感应线圈炮的设计中,应当减小脉冲电容器的电容值,同时提高电容器的充电电压值。     

感应线圈炮电枢的磁-结构耦合分析

电枢是感应线圈炮的关键部件,其在工作过程中易发生破坏。为了设计高强度的电枢,以保证感应线圈炮实验研究的顺利进行,建立了电枢磁-结构耦合过程的数学模型;用有限元仿真程序建立了感应线圈炮的仿真模型,并对所建模型进行了仿真,得到了电枢的涡流、电磁力、变形及应力分布规律;分析了电枢后端部壁厚变化对电枢应力的影响规律。结果表明:电枢的涡流密度、所受电磁力和结构变形在电枢的后端部最大,最大应力值位于电枢后端部内侧,并且随着电枢壁厚的增加,电枢的最大应力值逐渐减小,故在设计电枢时其后端部应采取加固措施以提高电枢的强度。     

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。     

单级异步感应线圈炮的设计仿真分析

异步感应线圈炮是一种多相电源供电的电磁推进装置,线圈炮的性能分析对电磁结构优化和后期实验研究非常重要。在初级的发射过程中,影响电枢出口速度的因素很多,在电容参数一定的条件下,首先利用Ansoft有限元软件确定最佳电枢初始位置,接着分析驱动线圈连接方式和电枢材料两因素对电枢电磁力和出口速度的影响,为下一步设计多级电磁感应线圈炮提供参考。     

同步感应线圈炮圆筒型电枢几何结构优化

电枢是同步感应电磁线圈炮中的一个关键部件,电枢的结构是影响同步感应电磁线圈炮发射效率的重要因素.建立了同步感应线圈炮电枢磁-结构耦合的数学模型,以电枢总体积为目标函数,建立了基于设计变量、约束条件和收敛准则的圆筒型电枢结构优化数学模型.利用Ansys基于APDL的有限元优化技术进行优化求解,得到了电枢的最佳设计变量,仿真结果表明该设计变量既能满足电枢的几何约束条件和性能约束条件,又使电枢体积较初值减小了78.89％,有效地降低了电枢在弹丸中的配重.     

单级感应线圈炮工作过程的动态仿真

为了更好地对多级同步感应线圈炮进行设计和试验研究,为储能脉冲电容器驱动的单级感应线圈炮建立了描述其动态工作过程的数学模型(包括电路方程和电枢运动方程),并利用Ansoft有限元分析软件和2-D瞬态求解器进行了仿真研究。这种方法可以避免驱动线圈自感、电枢自感以及驱动线圈与电枢之间互感等参数计算的难题。仿真结果给出了驱动电流波形、电枢受到的电磁力、位移以及速度等参数随时间变化的波形。这对于预测单级感应线圈炮的加速性能具有十分重要的意义。仿真结果表明:感应线圈炮的主要加速作用发生在驱动电流的第1个半周期内(主要加速时间小于半周期),驱动电流有时对电枢起制动作用,制动作用范围与感应线圈炮的初始工作状况有关。研究结果表明:该仿真方法可用于对单级感应线圈炮的最佳初始位置进行优化,也可用于多级同步感应线圈炮工作过程的动态仿真。     

Position adjustment method and distance estimation method of magnetic field supply and detection unit for magnetic hyperthermia

In magnetic hyperthermia, the temperature and localization of a ferromagnetic implant in a tumor region is vital in determining the effectiveness of therapeutic heating. We have developed a noninvasive wireless temperature measurement method by utilizing the magnetic permeability property of a ferromagnetic implant with low Curie temperature (FILCT) that varies with the temperature. In clinical settings, when the FILCT is injected into a tumor region, the position of the FILCT is expected to deviate from the central axis of the heating coil (drive coil). When it deviates, the magnetic flux density applied to the FILCT decreases, thus causing difficulty in detecting the temperature of FILCT via a pickup coil and heating of the FILCT at a constant treatment temperature. Therefore, to adjust the magnetic field supply and detection (MFSD) unit to be directly above the FILCT, we propose a position adjustment method by referring to three voltages induced in three pickup coils symmetrically installed inside the drive coil. By using the average value of the three voltages, we also propose a method to estimate the distance between the MFSD unit and the FILCT, which is required for wireless thermometry and determination of the optimal energy applied. The proposed methods are experimentally examined by a verification system.     

空心线圈电流互感器性能分析

空心线圈电流互感器的原理、结构及输出信号等与传统的电磁式电流互感器有很大不同，其性能易受外界磁场及环境温度等因素的影响。该文对影响空心线圈电流互感器性能的磁场及温度等干扰因素进行详细分析，在理论分析的基础上提出相应的改进措施，并研制了一台220kVGIS用空心线圈电流互感器，给出了实验结果。实验表明，改进后的空心线圈电流互感器受环境温度及外界磁场的影响很小，且具有较好的频率特性和暂态特性，互感器满足0．2级精度要求。     

交流电压线圈参数的确定

线圈是电磁机构的重要部件,线圈参数的确定必须同时满足吸力及温升的要求。文章介绍了线圈匝数、导线直径的估算与换算方法,并给出了线圈参数的设计思路。当线圈吸力不足,应适当减少匝数;如线圈温升过高,应适当增加匝数;而温升过高但吸力裕度又不大,则应保持匝数不变而适当增大线径。     

Capacitor-less induction heating system with self-resonant bifilar coil

In this work, a capacitor-less self-resonating coil-based induction heating (IH) system with magnetic resonant coupling has been proposed. In the conventional heating system, the inclusion of additional capacitor for creating the resonance results in poor efficiency of overall system. To overcome this issue, a bifilar coil system is implemented, which leads to series resonance at a particular frequency. The key mechanism is self-resonance wireless power transfer concept to IH system; hence, no capacitor is needed in the system. The coil has a series association of the coil inductance and capacitance at the resonant operating condition. A mathematical modeling and steady state analysis is performed for the conventional (solenoidal) coil and bifilar coil to estimate the actual value of the capacitance and inductance of the coil. The performance of the bifilar coil system is tested through COMSOL multiphysics simulation tool and parameters like eddy current, magnetic flux, and temperature distribution in the work piece are analyzed. The experimental setup of the bifilar coil-aided IH system is implemented with PIC16F877A microcontroller, and FLIR thermal imager is used to analyze the temperature distribution on the work piece. The experimental results are compared with the simulation results, and the bifilar coil system provides a promising solution.     

基于主动磁检测技术的车辆检测新方法

为了给智能交通管理系统提供交通信息,提出了一种车辆检测的新方法.主动磁检测器包括一个发射线圈和一个接收线圈,发射线圈持续地辐射交流磁场,当车辆从检测器上方通过时,车辆的金属外壳中就会产生涡电流,从而产生涡流二次场,那么接收线圈周围的磁场就会发生改变.通过测量接收线圈周围的磁场是否改变来达到检测车辆的目的.检测概率为96...     

Electrodynamic magnetic suspension-models, scaling laws, andexperimental results

A simple experiment illustrating the principles of electrodynamic magnetic suspension is described and test results are given. A disk-shaped coil made of insulated copper magnet wire and energized with 60 Hz AC line voltage is levitated in a stable equilibrium position above a wide aluminum plate. The mechanisms generating levitation force are identified by the use of Maxwell's equations. A lumped-parameter inductance model is used to model magnetic energy storage. By using energy methods, the current necessary to achieve coil lift-off and levitation is estimated, with good results. A stability analysis is done which shows that the levitation is stable, but underdamped. Thermal models are also developed for determining temperature rise in the coil. The magnetic scaling law is developed which shows that larger magnetic structures are more efficient in energy conversion than small ones     

计及温度的永磁操动机构动态特性仿真与分析

针对环境温度变化会对永磁操动机构动态特性产生较明显影响的问题,考虑到温度变化的影响,建立永磁操动机构运动过程中两个阶段动态特性的数学模型.利用其模型,分析了计及温度的静态特性参数与电容器电容、线圈电阻等动态特性参数的温度特性,得到计及温度的永磁操动机构动态特性.通过计算及实验分析表明,在工作温度范围内,分合闸时间分散性...     

水轮发电机磁极线圈温升偏高分析

新安江水电站水轮发电机增容改造后,部分机组磁极线圈温升偏高。针对可能造成磁极温升偏高的原因进行分析,确认改造后磁极绕组是采用普通矩形铜排,且没有散热匝,磁极产生的热量无法完全散发是造成磁极线圈温升偏高的主要原因。通过计算分析,按目前机组的通风现状,磁极线圈如采用带散热翅结构的铜排,可以有效地提高散热面积,确保磁极线圈温升满足规范要求。     

杯状纵磁真空灭弧室磁场特性分析

用三维有限元法研究了7个设计参数对杯状纵磁触头的纵向磁感应强度、纵向磁场滞后时间、杯中和触头片中电流密度最大值以及导体电阻值的影响。研究表明:譹增加触头直径或开距会减弱纵向磁感应强度,增加杯指旋转角或杯指数目可使其增强,而杯指和水平面夹角、触头片上开槽数及触头材料采用CuCr50或CuCr25对其影响不大。譺设计参数在较大范围内变化时,纵向磁场滞后时间的变化很小。譻增加触头直径或触头片开槽数、减小杯指旋转角、合理选择杯指与水平面夹角和杯指数目或采用CuCr50触头材料可减少杯中或触头片中的电流集中。譼增加触头直径或杯指与水平面夹角,或减小杯指旋转角和杯指数目、减小触头片开槽数及采用CuCr25触头材料可减小导体电阻。     

激光-仅线圈式 EMAT 的金属检测系统优化设计

在铝合金铸造和高温轧制过程中,采用非接触式无损检测技术实现在线监测与检测,对减小生产成本、保证生产线连续、提高产品成品率具有重要意义。首先,建立了以脉冲激光束激励和仅线圈式电磁超声换能器(EMAT)接收的铝合金Laser-EMAT检测过程有限元模型,分析了水膜表面约束机制以及硅钢聚磁结构对所激励的多模式超声波幅值的影响规律,研究了仅线圈式EMAT的励磁线圈和接收线圈的外径、内径、线径、层数等对超声波接收效率的影响;其次,开展了铝合金Laser-EMAT检测实验,验证了水膜表面约束机制、仅线圈式EMAT设计参数和硅钢聚磁结构对检测回波幅值的影响规律。研究结果表明,水膜表面约束下,采用硅钢材料作为励磁线圈的聚磁背板后,超声回波信号幅值增强了37.76%,信噪比增加了17.3 dB。在激光能量一定、光斑大小不变、励磁线圈外径为12.3 mm、内径为1.6 mm、线径为0.4 mm、层数为2层时,线圈阻抗与电路内阻一致,线圈获得的能量最多,其提供的径向偏置磁场最强。当接收线圈外径为14.1 mm、内径为1.7 mm、线径为0.26 mm时,超声波接收效率最佳。