固体C型电枢几何结构优化设计

电枢是电磁轨道炮的关键部件之一,其几何结构直接影响轨道炮的发射性能。在电磁轨道炮发射过程中,由于电枢与轨道接触面上流过强大的电流,局部高温导致金属材料丧失强度与产生烧蚀。为此需要通过选择合理的电枢结构参数来抑制电流趋肤效应的影响,使流过导轨和电枢接触面的电流分布尽量均匀,达到改善轨道炮烧蚀的目的。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对三种典型的C型电枢进行了仿真计算,研究了几何参数对C型电枢电磁性能的影响,得出了最优化C型电枢的设计方案。本文的研究结论对固体C型电枢的研究与设计有重要参考意义。     

电磁发射系统C型固体电枢的电流密度分布特性及其机理分析

为得到C型固体电枢的电流密度、焦耳热分布特性,在假设电枢与轨道之间是不分离接触、理想全接触的前提下,基于数值仿真分析了C型电枢的电流密度和温度场分布特性及其产生机理,并进一步探讨了电枢结构尺寸变化对电流密度特性分布规律的影响及其影响机理。得出了集肤效应与邻近效应对电枢的特性分布有重要影响。     

电磁轨道炮电枢与轨道接触面大小对电流密度的影响分析

增加或保障电枢与轨道具有较大接触面是电磁轨道炮设计与试验中的一个重要目标,但实际上接触面大小的作用仍有待探讨。为此,通过仿真计算分析了接触面上电流分布区域的位置与电流大小。结果表明:电流仅从小部分接触面穿过,在满足该接触面大小的情况下,接触面再增加或接触面大小对轨道电枢接触的电磁性能影响不大;同时,电流流过的区域大小与电枢和轨道的尺寸以及电流随时间的变化有关。对被分析的结构,在电流平顶阶段,接触面积为电枢侧面的20%(接触面长度约为8 mm,实际接触面大小约为240 mm2)已可认为足够大,接触面再加大最大电流密度已基本不变。因此,在固定尺寸的电磁轨道炮中,不必过分追求大电枢/轨道接触面,保证一个接触面大小满足电接触的电气性能即可。     

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.     

电磁发射用一体化C形电枢的结构设计

为对电磁发射用一体电枢结构进行合理的设计,选取C形一体电枢的部分结构参数作为研究目标,通过对电枢进行建模仿真,对一体电枢的结构参数变化对其电流密度分布、与轨道接触面上的接触压强分布进行了计算,并通过对比获得了部分结构参数变化对电流密度和接触压强分布的影响规律。电枢的两翼厚度和头部厚度对通过电枢的电流密度和电枢上产生焦耳热分布的最大值区域有明显影响,而长度增加对这些特性分布的幅值和位置影响不大。30mm尾翼长的模型中,接触压强较大的主要范围为其后半部分,与实验结果比较一致。设计制作了不同结构的铝合金电枢,进行发射实验,并测量通过电枢的发射电流、观测发射后的电枢轨道接触面状况。发射实验结果显示,加长电枢两翼长度,可以一定程度的扩大电枢-轨道良好接触区域的面积,头部厚度7mm的铝电枢在20mm口径的发射装置中可以满足通流250kA以上不至于产生物理破坏。通过对计算和实验结果的分析比较,提出进一步工作展开的方向应为将数值计算和实验现象建立直观的联系。     

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。     

电枢绕组结构对PMSM最优驱动电流的影响

最优驱动电流可以减小永磁同步电机的转矩脉动和功率损耗。本文提出了计算带有表贴式磁钢转子的三相永磁同步电机的最优驱动电流的分析模型,并且对带和不带中线的电机进行了分析。所进行的分析表明,当绕组的反电势包含三重序列的谐波时,中性线对最优驱动电流的生成有明显的影响。采用中线时,最优驱动电流能够更有效地减小损耗和转矩脉动。本文利用两个典型的电机介绍了最优电流的影响,并且比较了这种驱动模式与传统的正弦驱动模式和BLDC驱动模式的的差别。所展示出的最优驱动模型对伺服控制这类高性能电机的运用具有积极的意义。     

电磁轨道炮轨道电阻率和轨道高度对电流上升沿阶段电枢边沿熔蚀的影响

在固体电枢电磁轨道炮系统中,保持电枢轨道界面良好的电接触至关重要。在电流处于上升沿的发射起始阶段,往往可以观察到电枢材料熔化沉积集中在轨道的外侧,这表明该阶段电流在电枢边沿集中的特性。为此,利用ANSYS软件,在改变轨道电阻率和高度的条件下,对电枢电流密度的分布进行了数值仿真,仿真结果表明:1)电流集中在电枢尾翼边沿;2)通过提高轨道电阻率或者(同时)减小轨道高度可以减小电枢尾翼边沿的电流密度。在20 mm方口径轨道炮上进行了实验,研究了不同电阻率的轨道材料(如98%铜-1%锆-1%铬合金,黄铜和非磁性不锈钢)和不同轨道高度(50、30 mm)对电枢熔化的影响。实验结果表明,在电流上升沿,更高的轨道电阻率和更低的轨道高度时有相对较小的电枢边沿熔蚀。基于数值分析和实验结果,提出了电磁轨道炮起始阶段(电流上升沿阶段)减小电枢边沿熔蚀的轨道结构改进方案。     

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。     

干式空芯电抗器线圈径向厚度对自感几何系数及支路电流分布影响研究

深入开展35 kV干式空芯电抗器线圈径向厚度对自感几何系数及支路电流分布的影响研究,对提高35 kV干式空芯电抗器设计水平、工艺控制和电抗器的安全、可靠运行,具有重要意义。为此,文中通过有限元方法,研究了35 kV干式空芯电抗器线圈径向厚度对自感几何系数及支路电流分布的影响,研究结果表明:线圈径向厚度通过影响线圈的自感几何系数进而影响电抗器支路电流的分布、电抗器的总损耗,线圈径向厚度偏差加剧了包封温升。当第一支路匝数偏差1.5%时,可使支路二电流增大139.4%,总的功率损耗增大21.4%。     

短路电流对电网结构的影响

分析了发电机接入不同电压等级提供的短路电流、500 kV变电站之间220 kV侧短路电流的相互影响,并以湖北武汉电网为例,进行了理论分析及潮流仿真计算,在此基础上分析了短路电流对电网结构的影响.     

氧化锌非线性电阻片微观结构及特性对电流分布的影响

氧化锌（ZnO）非线性电阻片是电力避雷器的核心工作元件，其微观电流分布的非均匀性导致其冲击能量吸收能力的下降，文中建立了基于二维沃罗诺网络（Voronoi Diagram)的ZnO非线型电阻片的微观结构模型，以及晶界层伏安特性（I－V特性）数学物理模型，系统地仿真研究了氧化锌非线性电阻片中微观结构的不均匀性和晶界层I－V特性的差异对电流分布的影响，结果表明电阻片内微观电流分布与电压梯度紧密相关，低电场区和高电场区比较均匀，而在中电场区分布很不均匀，微观结构的不均匀性和晶界层I－V特性的差异都会引起电流集中现象，在中电场区（击穿区）微观结构的不均匀的影响更突出。     

考虑实心体涡流影响的笼型实心转子电机起动工况导条电流分布的解析计算

笼型实心转子感应电机实心体与导条感应电流相互耦合,尤其是两极电机起动时,实心体涡流对导条电流分布产生很大影响,使导条电流密度由槽口至槽底呈现先减小后增大的不对称U型分布.传统计算方法会导致转子参数计算误差较大,严重影响电机设计的准确性.该文建立考虑磁场饱和效应的二维多层电磁场解析模型,求解两极笼型实心转子感应电机起动工...     

压接型IGBT器件内部杂散电感差异对瞬态电流分布影响规律研究

压接型IGBT器件内部多颗芯片的并联连接是提高其电流等级的重要手段。然而,IGBT芯片之间的瞬态电流不均衡是限制其电流提升的主要原因之一。研究压接型IGBT器件内部的瞬态电流分布规律对于规模化IGBT并联封装设计具有重要意义。该文首先通过有限元软件提取了压接型IGBT器件内部的栅极、集电极和发射极的杂散电感,得到三个杂散电感随IGBT芯片不同位置的变化规律;其次对三个杂散电感差异下的电流分布进行了理论分析,发现电流分布主要受到功率回路和驱动回路的公共支路上杂散电感的影响;同时分别对开通和关断过程中IGBT芯片内部的载流子变化过程进行分析,发现发射极杂散电感差异主要影响开通过程的电流不均衡;然后针对三个杂散电感差异分别进行电路仿真,得到杂散电感差异对电流分布的影响规律,仿真结果验证了理论分析的有效性;最后建立了两芯片的并联均流双脉冲实验平台,平台能够调节两支路之间的杂散电感差异,实验结果进一步验证了该文理论分析的有效性。     

次级结构对直线感应电机运行特性的影响

针对直线感应电机次级矩形结构大气隙运行时,其所产生的电磁力小且制动时间较长等缺陷,提出了三角形及梯形两种次级导体结构.在初级电磁结构不变条件下,分别建立了矩形、三角形及梯形等3种次级导体结构的二维有限元模型,获得了上述3种结构的机械特性曲线;通过分析机械特性曲线、单位电流所产生的电磁推力及其所需的制动时间,认为三角形次...     

直流电网网架结构对潮流分布的影响研究

直流电网是应对远距离大容量输电、新能源并网及消纳、提髙电网控制灵活性等问题的有效手段,其网架结构规划是具有重要意义的基础理论研究。文章从稳态潮流分布的角度研究直流电网网架结构特征。首先研究了计及主从控制及下垂控制方式的直流电网潮流计算方法;针对如何刻画潮流分布特性问题,提出了平均负载率做权因子的加权能量熵评价指标;同时基于网孔数量,对直流电网网架结构进行了分类;并以四端直流系统为例,分析了网架结构对潮流分布的影响规律。最后基于PSCAD/EMTDC仿真系统,搭建了十三端多电压等级直流电网模型,验证了网架结构对潮流分布影响规律的正确性。     

PEMFC直通道流场结构对电池性能的影响

利用电池实验方法考察了直通道流场的通道深度、流场细密化、通道宽度以及分配沟宽度等结构参数对128cm2氢-空PEM电池性能的影响,同时与数学模型的计算结果相比较,二者表现出相同的变化趋势。实验结果表明,在一定范围内,随着流场通道宽度和通道深度的减小、分配沟宽度的增大,电池性能上升;流场细密化有利于电池性能的提高。     

复合绝缘结构内部放电对温度分布影响的研究

研究了复合绝缘系统中内部放电的热效应及双层复合绝缘结构在高压电场作用下，内部气隙产生放电对绝缘系统热分布的影响，在传热学的基础上建立内部放民能量与温度的对应关系，并借助于计算机对包含缺陷的系统的热分布进行了计算，讨论了基于热效应进行复合绝缘结构诊断的新方法。     

含（·，C）型Fuzzy参数的几何规划的研究

利用（·，Ｃ）型ｆｕｚｚｙ函数的性质，将含（·，Ｃ）型ｆｕｚｚｙ参数的几何规划Ⅰ，化成普通参数几何规划Ⅱ，并论证了Ⅰ与Ⅱ有相同的困难度．然后提出了求解Ⅱ的四种算法．最后将问题Ⅰ推广为多目标的和含ｆｕｚｚｙ指数的ｆｕｚｚｙ几何规划     

封装寄生参数对并联IGBT芯片瞬态电流分布的影响规律

大功率IGBT器件通过并联多个IGBT芯片来获得大电流等级,并联芯片动静态电流分布的一致性对于提高器件电流等级以及可靠性至关重要。首先介绍了大功率IGBT模块内部布局不一致导致的封装寄生参数差异性。其次,结合IGBT等效电路模型及其开关特性,分析了寄生参数差异性对于并联IGBT芯片瞬态电流分布特性的影响规律。最后,建立了并联IGBT芯片的等效电路模型,并应用Synopsys Saber软件建立了仿真电路,从封装寄生电感参数差异性、封装寄生电阻参数差异性,分析了参数差异对并联芯片的瞬态电流分布特性的影响。