基于双集磁器结构的管件电磁胀形研究

针对管件端部效应导致轴向变形不均匀,制约管件电磁胀形技术发展的问题,首次提出一种基于双集磁器结构的管件电磁胀形方法。首先通过采用双集磁器结构实现对管件电磁力分布的调控,然后建立管件电磁胀形电磁-结构二维轴对称模型,最后研究分析集磁器结构对电磁力分布和管件成形均匀性的影响。仿真结果表明,基于双集磁器结构的管件电磁胀形可为管件提供“凹型”分布的径向电磁力,与传统线圈相比采用双集磁器结构时所提供的算例能够显著增大管件胀形的均匀范围,从而有效解决管件轴向变形不均匀的问题。     

双管件电磁约束成形的电磁分布与均匀性变形研究

管件电磁胀形因其在轻质工领域具有成形极限高、回弹小等优点而得到广泛研究.然而传统电磁胀形过程中,存在轴向变形非均匀的问合金加题,制约了这一金属加工技术的发展.为此文中在驱动线圈和成形工件引入一约束管件来改善电磁力的分布特性,构建了基于双管件电磁约束成形方法.仿真结果表明,通过调节约束管的高度和电导率可以使成形工件取得比较高的轴向变形均匀度.此外,电磁力和成形速率的对比分析进一步表明采用基于双管件电磁约束成形方法时轴向均匀变形长度为36.3 mm,该值是传统电磁胀形方法下的2倍.显然,通过合理的引入一约束管件亦可以调节电磁力的分布规律,该研究为改善电磁力分布方式的创新提供了新的研究思路.     

管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案

管件电磁胀形因其在轻质合金加工领域具有明显优势而得到广泛研究。传统电磁胀形过程中,存在管件壁厚减小、轴向变形非均匀等问题,制约了这一技术的发展。提出采用径向电磁力与轴向电磁力双向加载的施力方式,构建轴向压缩式管件电磁冲胀形方法解决壁厚减薄问题;仿真数据显示,因为轴向压缩,管件壁厚减薄量由最初的15.05%降低至9.65%。进一步地,提出采用凹型线圈削弱管件中部电磁力以提高管件成形质量的方法;算例中,采用凹型线圈时最大变形区域为36mm,"凹型"分布的径向电磁力可有效改善管件轴向变形非均匀问题。显然,电磁力加载方案的改进能有效解决管件电磁胀形存在的问题,推动电磁成形技术工业化应用进程。     

AZ31镁合金管件电磁吸引式成形动态特性研究

镁合金作为目前工程应用中最轻质的金属结构材料之一，因其多种优良特性而广泛应用于轻量化设备制造中。然而，镁合金在室温下的塑性形变能力较差，传统加工工艺难以满足镁合金工件成形制造的需求。利用电磁力驱动金属材料发生高速变形的电磁成形技术可有效解决上述问题，其极高的应变速率能显著改善镁合金材料的成形性能，提升室温下的成形极限。然而，目前关于镁合金电磁成形的研究，大多使用驱动片与加热装置辅助，其工装较为复杂，且工件变形质量难以保证；辅助装置的添加也难以用于微小管件的成形。因此该文提出室温下的镁合金管件电磁吸引式成形方法，通过建立有限元仿真模型，在理论上验证了其成形方案的可行性；进一步分析了放电参数、电磁参数对管件运动状态的调控规律，阐明管件变形过程中工件的动态特性。上述结论可为线圈结构设计和放电参数设计提供指导。     

电磁成形过程中线圈温升及结构优化

电磁成形过程中线圈温升过高会缩短其使用寿命,优化线圈结构可以在不影响成形效果的情况下降低温升.该文以管件电磁成形所使用的螺线管线圈为研究对象,利用电磁场—机械结构场—温度场耦合有限元模型,针对线圈绕制工艺的特点,详细探讨线圈层数、匝数、高度、宽度、匝间距以及层间距这六种结构参数对线圈温升及成形效果的影响.仿真结果表明,合适的结构参数均能抑制线圈温升,同时保持工件成形效果,但六种结构参数的影响程度并不相同.该结果为管件电磁成形线圈的结构优化设计提供了建议,为提高线圈使用寿命指明了方向.     

电流丝法在电磁成形线圈电流和工件电磁力计算中的应用

电磁成形系统中线圈放电电流和工件电磁力的精确求解对于探究工件的动态变形行为及优化电磁参数至关重要。目前有限元法被广泛用于计算上述两个参数,但在电磁场-结构场耦合计算的过程中,当工件存在大/复杂变形时易引起空气网格畸变,进而导致电磁计算精度低、收敛性差及计算耗时长等问题。为此,基于电流丝法研究电磁成形线圈电流和工件电磁力的求解方法,并以COMSOL有限元数值分析结果为基准对比分析传统型和改进型电流丝法的求解性能。研究表明,所提出的改进型电流丝法因对线圈各匝导线进行了细分而显著提升了等效电路模型中丝单元互感及互感梯度的计算精度,进而能更准确地反映趋肤效应下的线圈电流和工件电磁力分布特征。在此基础上,探究改进型电流丝法在不同放电频率、导线尺寸及工件形状等条件下的参数求解性能,进一步验证了所提方法在电磁成形系统中的有效性和适用性。     

双线圈吸引式板件电磁成形过程中的涡流竞争问题

电磁成形是利用脉冲电磁力实现轻质合金快速塑性成形的一种高能率加工技术,可显著提高材料的成形极限并改善成形性能.吸引式电磁成形则是其中的一种独特应用,利用两种不同脉宽的电流驱动同一线圈来产生吸引式电磁力,适用于板件凹痕修复、微小管件成形等领域.单线圈结构对两种电流的参数匹配要求非常严格,且能量利用效率极低.为解决这一问题,该文提出两种电流各自驱动一个线圈的双线圈结构吸引式电磁成形方案,并进行仿真验证.然而研究过程中发现,双线圈结构带来新的涡流密度竞争现象,将会引起成形缺陷.为了消除这一缺陷,该文进一步研究涡流竞争产生的原因和机制,最终通过调整线圈的结构参数,在直径200mm的AA1060-H28铝合金板件双线圈吸引式电磁成形方案中,消除成形缺陷.相关研究结果能够加深对吸引式板件电磁成形过程的理解,对于拓展电磁成形技术在板件加工上的应用具有重要意义.     

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。     

基于meat-grinder脉冲电源的感应线圈炮发射性能仿真分析

为了减小脉冲电源的体积,探索电感储能脉冲电源用于感应线圈炮的可行性,在线圈炮系统中引入了电容转换的meat-grinder脉冲电源电路。首先对该脉冲电源驱动感应线圈炮负载的工作原理进行了分析。然后基于Maxwell 2D仿真环境,建立了单级感应线圈炮的2维有限元模型,瞬态仿真确定了触发放电位置,并分析了驱动线圈电感和电容器电容值对发射性能的影响。仿真结果表明:电容转换的meat-grinder电路用于驱动感应线圈炮是可行的;触发放电位置、驱动线圈的电感和电容器的电容值对发射性能都存在影响;选择合理的参数可以提高发射效率。在系统设计时,驱动线圈电感和电容器电容值的选取需要从降低断路开关电压,保持较高发射效率,以及降低电容器容量要求等方面综合考虑。     

电磁驱动器驱动线圈温度场数学模型研究

电磁驱动器是用脉冲或交变电流产生磁行波来驱动带有电枢弹丸的发射装置,利用驱动线圈和电枢间的磁耦合机制工作,本质上是一台直线电动机。热损耗影响电磁炮的效率和性能,驱动线圈内过高温升会降低线圈的机械强度和绝缘材料的绝缘性能影响其使用寿命,甚至会烧毁线圈,所以在提高线圈炮初速和射速时必须考虑温升的影响。分析了线圈炮结构原理及发射原理,在单级感应线圈炮机电模型基础上建立了单发瞬态温度场数学模型,根据传热学原理建立了驱动线圈多发稳态等效热路模型以计算线圈内部导热。     

40.5 kV/50 kA真空开关用双层线圈式快速斥力机构驱动技术的仿真研究北大核心CSCD

对于高电压大开断容量的真空断路器,为了实现运动机构在长开距下的快速驱动,文中提出一种双层线圈式快速斥力机构来产生更大的电磁斥力,建立仿真模型模拟其运动特性。研究了金属盘厚度、线圈内径、线圈匝数和初始间隙等参数对快速电磁斥力机构运动特性的影响,结果表明:仿真结果与实验结果比较吻合,得出了一般性的设计指导原则。双层线圈式快速斥力机构能够快速动作,满足故障限流器快速开断电路的要求。分闸期间电磁排斥的上升时间非常短,下降时间相对较长,并且电磁排斥力的峰值很大。在此基础上,设计了一种新型排斥线圈放电电路,通过控制不同电容器的放电时序来驱动运动机构,不仅可以满足故障限流器开断电路的速度要求,而且电磁斥力峰值显著降低,很大程度上降低了对斥力机构机械特性的要求。基于本文电磁斥力机构的真空断路器,满足了高压故障限流器的开关装置要求。     

组合式电磁成形技术研究进展

电磁成形技术是一种典型的高速率电磁脉冲成形技术,可显著地提高材料的延展性,减小工件回弹和起皱,降低设备制造成本。在电磁成形技术发展过程中,电磁成形力场的有效加载和调控颇具挑战,早期的电磁成形方案基本实现工件排斥力成形效果,其电磁力分析中主要以排斥力占据主导,应用有较大的局限性,如今优势明显的组合式电磁成形技术开始进入大众视野。该文在简述电磁成形基本原理及电磁力调控方式的基础上,根据组合式方法应用的不同层面,将近年来涌现的研究成果划分为：驱动线圈组合式、电磁力组合式及工艺组合式三类电磁成形技术,针对每一类技术,分别阐述了其实施原理、技术方案及应用成效,并进一步归纳了不同技术的适用范围及研究重点。最后,在这些研究成果的基础上,对组合式电磁成形技术未来的发展方向进行了展望。     

单稳态永磁真空断路器驱动线圈反电势计算方法研究

永磁操动机构断路器的分合闸运动特性是永磁体的磁场、驱动线圈的磁场、运动部件质量及各种反力共同作用的结果。在动铁芯运动过程中，磁场不断变化，驱动线圈的电流受到线圈电感和线圈中反电势的阻碍，因此区分永磁操动机构驱动线圈中电感和反电势，有助于确定合理的永磁真空断路器控制策略。将线圈等值为非线性电感和反电势串联，前者是原线圈电感和永磁体磁场的作用结果，后者是线圈反电势的形式。经过推导，得到了2种反电势的计算方法，分别对分合闸过程中的反电势变化情况进行计算，并比较2种计算方法的结果，验证2种反电势计算方法的可行性。     

基于固态开关RSD的电磁脉冲焊接装置设计

电磁脉冲焊接是利用脉冲大电流发生装置通过磁场驱动线圈在微秒量级的洛伦兹力作用下将金属管件箍缩变形,实现金属管件与材料高速连接的新兴技术.该技术不仅能应用于同种金属焊接,还能实现异种金属、金属与非金属的焊接,且施工过程不存在污染物的排放,工业应用潜力巨大.高效长寿命的电磁脉冲焊接装置是工业化应用的前提.为提高装置寿命,提出采用固态反向开关晶体管(RSD)器件取代现有的气体开关方案,解决了使用气体开关存在电极烧蚀的问题;此外,该方案使用集磁器和多匝线圈结合的磁场驱动技术提升了装置的能量利用率.基于所提方案设计原理样机,可在储能1.08 kJ、电流峰值120 kA的条件下实现70 mm2配电电缆的可靠焊接,为电磁脉冲焊接装置的研制提供了新思路.     

高温超导线圈在工频交流下的失超判断

运行于电力系统中的超导电力装置可能会遭受交流过电流故障,从而导致超导态转变到常态(失超),因此检测失超是超导电力装置实际应用的重要基础。然而在交流工作条件下,超导线圈产生很大的电感电压,其幅值远大于超导线圈失超后的常态电阻电压,给失超判断带来困难。笔者应用超导线圈在交流下电感电压和电阻电压的相位变化关系原理,经过实验研究,提出了基于相位变化的超导线圈在交流下的失超判断方法,为超导线圈在交流下的失超检测提供了新的技术途径。     

高压电力电缆导体连接管的电磁脉冲成形研究

电力电缆中间接头制作中,用液压钳压接的导体连接管易存在压接不紧密、表面有毛刺、压接面之间有杂质等缺陷,会导致接头的接触电阻大或产生局部放电,进而对接头造成破坏。而电磁脉冲成形技术具有压接紧密、无压痕等优点。因此,通过仿真获得了成形线圈和集磁器设计的优选规律,并据此搭建了一套电磁成形设备,对GT–G–70型号的铜连接管与铝绞线的电磁压接进行了研究。研究结果表明:使用电磁脉冲成形技术压接的铜连接管从外观上看,表面光滑均匀、无毛刺;从横截面看,铜管紧密包覆在铝绞线上,并使铝绞线的线芯之间也紧密贴合;从压接界面的SEM图像上看,存在类似于固相焊接的微波状连接界面的界面形貌。综上所述,使用电磁脉冲成形技术压接的铜连接管在表面光滑度和压接紧密度上都比用液压钳压接的效果好。     

无传感器接触器断开时间在线检测

该文提出一种利用线圈电流估计接触器断开时间的无传感器在线检测方案。在检测过程中,通过控制线圈电压,将包含动铁心位移信息的感应电势转换为线圈电流;根据线圈电流波峰与触头刚分时动铁心位移的对应关系,检测断开时间。对应关系可根据动铁心的机械运动和线圈电感变化推理得到。依照对应关系,在线圈驱动电路中配置补偿电阻可提高检测精度。相比基于触头电压的断开时间检测方案,所提方案具有更高的检测精度,同时能保留触头系统的断口并满足小体积需求。将检测结果作为反馈量,建立应用案例：延时能够根据断开时间变化自调整的零电流分闸方案。同时,在不同接触器上验证所提方案的可行性。     

Rogowski线圈的结构与电磁参数的研究

电流互感器是电力系统中的重要设备,对电力系统的正常运行和精确计量起着十分重要的作用。随着国民经济的发展,各种供电电压等级不断出现,对电力系统的测量和保护准确度要求不断提高。Rogowski线圈主要用在测量交流大电流、脉冲电流、电力系统中的暂态电流等方面,它具有输出功率低、结构简单、线性度良好等特点。分析了3种不同截面形状(矩形、圆形和跑道形)的Rogowski线圈,针对不同截面形状的线圈建立了不同的数学模型,研究了Rogowski线圈结构参数(如线圈宽度、厚度和中心半径)和电磁参数(如线圈自感、互感和内阻)之间的关系。通过MATLAB软件对Rogowski线圈进行的仿真研究证明:从结构上来看,圆形截面的Rogowski线圈最优,跑道形次之,矩形最差。     

超磁致伸缩致动器的等效电路研究及驱动波形设计

针对超磁致伸缩致动器由于大电感线圈的存在而使电流上升时间较长,以致于无法满足快速开启需求的问题,分析了致动器等效电路以计算精确的线圈电流,并设计了较为合理的驱动电压波形。从对致动器阻抗的描述精度出发考察3种等效电路,确定了带并联电阻的等效形式最为合理;分析计算了该种等效形式下方波电流输入时的电流表达式,得到不同频率下致动器电流瞬时响应,并通过实验测试了致动器阻抗以及电流瞬时值以验证等效电路的准确性。最后基于该等效电路,借鉴电磁阀的大电压开启方法,分析了合理的电压形式并提出了参数设计方案,计算结果表明,设计电压能在保证较小超调量的同时有效地降低电流调整时间。     

高压直流断路器中电磁斥力快速驱动器研究

应用在基于电压源型换流的多端直流输电系统中的高压直流断路器,其关键部件机械式快速隔离开关在断路器开断故障电流时需要在几ms内分闸到位。为此,提出了基于电磁斥力的快速驱动器作为快速隔离开关的操动机构。通过对电磁斥力机构的线圈、金属盘、控制电流和行程特性的基于等效电路法的建模仿真及装置试验,研究了其在几ms内操动行程达25 mm的可行性。结果表明:仿真结果和试验结果具有一致性;电磁斥力快速驱动器的操动行程能在几ms内达到25 mm。在验证了仿真方法正确的基础上,根据仿真结果提出了电磁斥力机构的一般设计原则:线圈的内径和金属盘的内径,线圈的外径和金属盘的外径都应该设计成一样大;金属盘的厚度对于不同的设计对应有最优的参数;线圈和金属盘的初始距离应尽量小。