增强型电磁轨道发射器的电磁场仿真分析

为了分析增强型电磁轨道发射器的电磁场分布和电感梯度的影响因素,介绍了增强型电磁轨道发射器的基本原理,建立了2对导轨结构的增强型电磁轨道发射器的3维电磁场仿真模型,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件对不同几何参数轨道炮的电磁场进行了仿真,给出了不同条件下的磁场和电流密度分布图,对其电感梯度进行了计算,并总结了几何参数对电感梯度的影响规律。仿真结果表明,在综合考虑导轨的机械和热承受能力的前提下,增强型电磁轨道发射器的内外导轨间距越小,电感梯度越大;导轨的厚度越小,电感梯度越大。与单对结构相比,该结构能够提高轨道电磁发射器的电感梯度1倍以上。     

电磁轨道发射器的几何尺寸对电感梯度的影响

电感梯度是影响电磁轨道发射器性能的重要参数,主要由发射器结构的几何尺寸决定。为此,从Biot-Sa-vat定律出发,考虑了发射过程中轨道上电流分布的趋肤效应,推导了矩形口径电磁轨道发射器电感梯度的理论解析式,通过数值算例研究了结构几何参数对电感梯度的影响规律,并与现有的电感梯度公式进行了比较。结果表明,在小口径电磁轨道发射器中,当轨道厚度从1/3倍口径变为1倍口径时电感梯度降低约20%。由于充分考虑了电枢和轨道几何参数的影响,给出的电感梯度理论公式更符合实际情况。     

基于时频分析的电磁轨道发射电感梯度研究

为研究电磁轨道发射试验过程的导轨电感梯度,本文首先利用Matlab时频工具箱对发射试验的电流信号进行处理,得到了发射过程中电流的时频曲线;同时通过Ansoft建模仿真得到了不同频率下的导轨电感梯度值;进而得到实际发射过程中对应于不同时刻的导轨电感梯度值.结果表明在整个发射过程中,工作电流频率是在逐渐减小的,而导轨的电感梯度是在非线性增大;对比由此电感梯度与常值电感梯度(0.40μH/m)引起的推力表明:在发射的初期,二者大小非常接近,但在发射的后期(1.0ms以后)推力差异增大,常值时的推力值较前者偏小约4%.     

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。     

电磁轨道发射器临界速度仿真研究

针对电磁轨道发射器动力学响应研究存在的问题,推导得到研究电磁轨道发射器动力学响应问题的解析解,建立以Bernoulli-Euler(B-E)梁、三维矩形截面轨道为研究对象的有限元模型;从临界速度解析解、动力学响应解析解、有限元梁模型等方面,对三维有限元模型进行验证;通过对有限元软件的二次开发,实现了轨道电磁排斥力和枢轨接触力幅值随时间、随发射距离的瞬态加载。研究表明:电磁轨道发射器二维梁模型的数值解和推导得到的解析解具有较好一致性;提出三维有限元计算模型对临界速度的计算误差不超过1.2%;解析模型和三维有限元计算模型对动力学响应计算结果振动周期具有较好一致性,轨道变形幅值具有一定差异,在电枢作用区域轨道变形幅值差异最大;动态发射过程轨道变形幅值与电流正相关,临界速度会导致轨道变形明显增大。     

串联并列增强型轨道炮电磁特性分析

介绍了串联并列增强型轨道炮基本结构与原理,采用有限元分析方法,仿真分析了轨道内电流分布、炮膛磁感应强度、电感梯度值在50Hz半周期正弦电流激励下的特点。结果表明,串联并列增强型轨道炮在幅值为200kA的50Hz半周期正弦波电流作用下,轨道不同位置电流出现幅值和相位上的差异,出现的电流密度最大值为763MA/m~2,轨道边缘电流相位超前于轨道中心位置处;5ms时刻磁感应强度最大值为7.004T,磁感应强度呈中心对称分布;5ms时刻电感梯度值为7.48μH/m,此时可产生电磁发射力为150kN。分析认为串联并列增强型轨道炮具备良好的电磁发射特性,本研究为该轨道炮的设计提供了依据,对实用化轨道炮技术研究具有一定的参考价值。     

交流励磁机的有限元多元化参数计算及瞬态仿真

由于交流励磁机电枢绕组电流在导通期间的时变性以及铁磁材料饱和特性的影响,瞬态电感是转子位置和电枢绕组电流的多元函数,解析法难以准确计及电流时变性和铁磁材料饱和性的影响。这里采用二维有限元多元化参数法建立交流励磁机的电磁场约束模型,并定量计算了转子位置、励磁电流以及电枢电流变化对瞬态电感矩阵的影响,利用该计算结果对交流励磁机在三相稳定短路、两相对地短路和单相接地短路等瞬态特性进行了仿真试验,进一步证明基于"场"的方法计算瞬态电感矩阵的可行性。     

电磁轨道发射装置中导轨几何参数对电感梯度的影响

利用Ansoft-Maxwell电磁场有限元分析软件,建立了两根平行长直铜导轨简单电磁轨道发射装置的模型.在导轨材料、求解器、求解精度等保持不变的条件下,选取轨道发射装置中可能采用的几种主要截面形状(包括矩形、T形、环形以及盈月形)的导轨进行仿真计算,通过单独改变某一参数,研究了导轨的宽度、高度、间距、内径、角度等各种几何参数与其电感梯度的之间的关系.分析结果表明,电感梯度随着两导轨之间的间距/(环形及盈月形)导轨的内径的增大而增大;导轨的宽度(矩形)/厚度(环形)、高度(矩形)/角度(环形)越小,电感梯度越大;导轨间距一定时,导轨截面面积越小,导轨的电感梯度越大;而当导轨间距一定时,对相同截面积的矩形截面导轨,宽高比(w/h)越大,电感梯度越大.采用非常规截面形状导轨,有可能获取更大的电感梯度值.     

用时步有限元法计算汽轮发电机直轴瞬态参数

本文时步有限元法计算了汽轮发电机定子在空载情况下三相突然短路时的瞬态电磁场,得到了定子电流随时间的变化曲线,分析了短路后定子电流的谐波分量;讨论了转子阻尼系统用不同的回路数模拟时瞬态参数的变化;并以一台６００ＭＷ汽轮电机为例,阐述了瞬态电抗和时间常数的计算方法。     

径向磁场与环向电流作用的电磁发射模式

常规线圈型电磁发射器的径向应力远大于轴向加速力,因此构建了径向磁场与环向电流作用的多极矩场电磁发射模式;介绍了多极矩场电磁发射器的系统设计,分析了弹射部分和多级加速部分电磁力的产生,基于抛体电流丝法建立了发射系统的机电方程;采用电磁场有限元与瞬态电路耦合法,仿真分析了单级8极矩场电磁发射的瞬态过程;搭建原理性缩比实验,验证了多极矩场电磁发射模式的可行性。     

增强型轨道炮电感梯度及其影响因素

电感梯度对轨道炮性能有着重要影响.为了实现对增强型轨道炮电感梯度的数值计算,推导了电枢受力公式,介绍了二维时谐涡流场的控制方程,建立了计算电感梯度的二维有限元模型,对一种典型结构增强型轨道炮的电感梯度进行了精确计算,讨论了电感梯度受时谐分析频率和外轨道尺寸影响的规律,给出了不同影响因素下轨道内部电流密度和空间磁力线的分布图,并据此解释了电感梯度变化的原因.根据分析结果给出了增强型轨道炮的优化设计方案.     

电磁轨道发射器结构刚度系数与刨削形成

在电磁发射过程中,当电枢的速度达到一定值时,轨道就会产生刨削缺陷。一旦轨道发生刨削缺陷,就会影响发射器的发射速度,严重时轨道被废弃。因此避免刨削的形成,有助于发射器寿命的提高。本文使用ANSYS软件对一种试验型小型方口径电磁轨道发射器进行仿真,进而得到了不同电流条件下发射器内膛的导轨变形和结构刚度系数分布,并对不同材料的轨道的刨削位置进行统计。本文发现,试验型电磁轨道发射器导轨结构刚度系数分布的不均匀性是诱导刨削形成的原因之一。     

被动电装甲高功率脉冲电路参数特性分析

为了获得被动电装甲作用于射流的最佳电流波形,研究了电感、电阻、电容及充电电压对被动电装甲放电电流波形的影响规律。在此基础上,重点研究了装甲结构变化对电感的影响及在脉冲电流作用下射流电感、电阻的变化规律。首先在稳态条件下,利用电感经验计算公式计算,得到了影响装甲结构电感的主要因素为装甲板间距与装甲板宽度的比值;接着本文首次考虑脉冲电流通过铜射流时产生的趋肤效应(电流上升)及反趋肤效应(电流下降)对电阻和电感的影响,基于能量原理,利用计算得到的射流上的电流分布,得出了一种等效电阻电感的计算方法,并对直径4 mm的射流进行了计算。结果表明:射流的电阻突然增大后又很快趋于稳态电流作用下的电阻值,而电感突然减低后又很快增大至稳态电流作用下电感的1.8%;最后通过测试实验证实了计算方法的正确性。结论认为:在能量一定的情况下,增大电压比增大电容更有利于提高脉冲电流的梯度和峰值;在装甲板距离一定的情况下,应尽量增加装甲板宽度以减小装甲板结构的电感;趋肤效应有利于减小整个系统的电感,获得更大的电流梯度。     

基于权重配置的多环路COT控制Buck变换器瞬态性能优化

在多环路恒定导通时间(COT)控制中,控制内环中电感电流和输出电压权重的配置影响变换器的瞬态性能.为了优化输出电容等效串联电阻较小时多环路COT控制Buck变换器的瞬态性能,本文首先分析了电感电流权重和输出电压权重对瞬态性能的影响;然后基于电容电荷平衡原理,通过时域分析分别导出了负载加载和减载时最优瞬态性能的电感电流权...     

三级电磁线圈垂直发射器工作过程仿真

根据同步感应线圈发射器工作原理,建立了3级电磁线圈垂直发射器(electromagnetic coil vertical launcher,EMCVL)数学模型,利用Ansoft电磁仿真软件对其发射过程进行了仿真,得到了电磁场分布规律和动态特性曲线。结果表明:EMCVL低速发射大载荷过程中加速过程比较平稳,容易充分实现各级驱动线圈对发射组件的加速效果;发射过程中电磁场主要集中于驱动线圈和电枢外侧间隙,再逐渐向四周扩散,电枢所受的电磁力位置主要位于电枢尾部外侧,所以在实际设计中一定要考虑对电枢尾部结构的加固;EMCVL通过适当的改变电源储能参数、驱动线圈级数等途径,能够实现多类型载荷的发射。     

雷电暂态冲击作用下10kV单回路直行水泥杆塔电感的精确计算

杆塔电感对耐雷水平分析有重要影响,但到目前为止,尚未有配电线路杆塔电感取值的行业标准。通过对暂态雷电冲击作用下10 kV配电线路单回路直行水泥杆高频电感的精确计算,根据电感计算原理和杆塔特征,选择能量法进行计算,其中,暂态雷电冲击电流的处理和频率对电感影响的考虑是计算杆塔电感的难点,为此首先对雷电冲击电流进行了频谱分析,通过对雷电流激励频率叠加,解决频率对电感影响问题。并在此基础上,建立三维暂态电磁场计算模型进行数值计算,解决了暂态雷电冲击问题。计算结果表明:10 kV单回路直行水平杆电感值为6.067 8μH,为后续架设避雷线耐雷水平的计算提供参考。     

单级感应线圈发射装置动态特性仿真及实验验证

为提高单级感应线圈发射装置发射性能,建立了单级感应线圈发射装置的等效数学模型;分析了电枢受力的影响因素。结果表明,电枢受力大小取决于驱动线圈和电枢的电流大小及它们之间的互感梯度。通过电磁场有限元计算的方法,瞬态仿真分析了电容器参数及触发位置对单级感应线圈发射装置出口速度的影响。得出了驱动线圈电流、加速电枢电磁力及电枢速度的变化规律,并进行了实验验证,仿真结果与测量值吻合较好。     

HXD1电力机车辅助电源系统中漏电感的测量

介绍一种简单实用的瞬态电感的测量方法.在PWM逆变电路中,通常采用平波电抗器、电容器组成正弦滤波器,用以减少谐波电流和暂态过电流.电抗器具有非线性特性,其电感曲线的拐点和由饱和区段的斜率所表达的电抗值,需要用测量的方法加以确定.     

永磁同步电机直交轴电感参数离线测量方法

永磁同步电机dq轴电感是电压解耦控制、转矩估算以及电机稳态性能评估必不可少的输入参数,但是由于磁场饱和与交叉耦合影响,难以准确测量。本文提出一种基于dq轴瞬态磁链的电感参数离线测量方法,首先利用逆变器施加一定幅值d轴电流锁住电机转子,试验中通过在dq轴电流参考指令上叠加固定频率的交流量,实时记录dq轴电压和电流。然后对dq轴电压和电流积分,离线计算直交轴瞬态磁链并对其进行线性拟合,最后dq轴电感参数通过dq轴磁链除以电流得出。试验结果表明,该方法不但易于实施而且可以测量磁场饱和以及交叉耦合情况下的电感参数特性。     

大型汽轮发电机瞬态参数的计算

本文利用瞬态电磁场有限元法计算汽轮发电机空载时发生三相突然短路的绕组电流曲线,然后对电流曲线的数值结果进行分解,拟合,得到电机的瞬态参数,该方法有效地考虑了电机齿槽结构和饱和现象。