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串联真空开关磁场调控对动态电压分布影响研究

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中国电机工程学报 2018年第23期38卷 7089-7097页

作者：葛国伟程显谢伟张豪廖敏夫郑州大学电气工程学院河南省郑州市450000 国网河南省电力公司电力科学研究院河南省郑州市450000 大连理工大学电气工程学院辽宁省大连市116024

为揭示串联真空开关磁场调控机理,得到串联真空开关的磁场调控需求与目标,对比分析纵向磁场(axial magnetic field,AMF)和径向磁场(radical magnetic field,RMF)调控机理,综合串联真空开关的协同效应,初步得到AMF调控适用于串联真空开... 详细信息

为揭示串联真空开关磁场调控机理,得到串联真空开关的磁场调控需求与目标,对比分析纵向磁场(axial magnetic field,AMF)和径向磁场(radical magnetic field,RMF)调控机理,综合串联真空开关的协同效应,初步得到AMF调控适用于串联真空开关。搭建双断口真空开关AMF调控试验研究平台,通过外加磁场调控系统实现AMF时刻、强度、脉宽可调,进行不同AMF调控组合对动态电压分布的影响研究,以动态电压分布为调控目标,在电流为10kA时,最佳的磁场强度为150mT。试验结果表明;同步AMF更适用于串联真空开关,其机理是AMF调控使得各个断口零区及弧后特性基本一致,进而降低了弧后不平衡电弧注入均压电容引起的不平衡电压。因此,串联真空开关磁场调控的目标是实现动态电压分布与动态绝缘的协同效应。

关键词：串联真空开关磁场调控纵向磁场电压分布不平衡弧后电荷

基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输系统

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电工技术学报 2023年第18期38卷 4838-4852页

作者：谢诗云杨奕李恋张路张小钦重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对电动汽车进行静态无线充电时,发收机构相对偏移偏转会导致耦合系数和传输能效性急剧下降的问题,该文提出一种基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输(WPT)系统,该系统发射机构采用双层正交DD(DQDD)线圈,接收机构采用交叠... 详细信息

针对电动汽车进行静态无线充电时,发收机构相对偏移偏转会导致耦合系数和传输能效性急剧下降的问题,该文提出一种基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输(WPT)系统,该系统发射机构采用双层正交DD(DQDD)线圈,接收机构采用交叠式DD(OLDD)线圈。首先,给出空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律,并分析了发射机构激发磁场的分布特性;其次,构建基于双路逆变器-单路整流器的LCC-S补偿网络拓扑,并推导具有发射激励电流恒定特性以及系统输出电压不受负载影响的谐振参数配置条件;然后,给出一种将最大耦合系数作为期望目标的磁场调控策略;最后,通过实验样机验证了所构建耦合机构的抗偏移偏转性能。实验结果表明:在水平面±70%的偏移范围内,输出功率维持在1.8 kW左右,系统效率不低于88%。

关键词：无线电能传输电动汽车偏移偏转磁场调控

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多断口真空开关电弧磁场调控需求与机理

电工技术学报 2018年第21期33卷 5007-5014页

作者：葛国伟程显张鹏浩张豪廖敏夫郑州大学电气工程学院郑州450001 河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心郑州450001 大连理工大学电气工程学院大连116023

为寻求多断口真空开关有效的磁场调控措施,提出多断口真空开关协同效应的概念,分析了多断口真空开关的磁场调控需求——动态电压分布与动态介质恢复强度协同作用。在此基础上,搭建了多断口真空开关磁场调控试验研究平台,设计了试验用脉... 详细信息

为寻求多断口真空开关有效的磁场调控措施,提出多断口真空开关协同效应的概念,分析了多断口真空开关的磁场调控需求——动态电压分布与动态介质恢复强度协同作用。在此基础上,搭建了多断口真空开关磁场调控试验研究平台,设计了试验用脉冲磁场调控系统,研究了不同磁场方式、脉冲宽度、磁场强度、施加时刻等对真空电弧发展过程及弧后电流、电荷等特性的影响规律。以动态电压分布为调控目标,研究了不同磁场组合方式下的动态电压分布特性,得到了磁场调控对电弧发展、弧后特性、动态电压分布的影响规律。实验结果表明,磁场调控机理为磁场调控电弧发展影响零区及弧后特性,进而影响弧后动态电压分布与动态绝缘特性。该研究结果为串联用真空灭弧室优化设计及多断口真空开关磁场调控提供了参考依据。

关键词：多断口真空开关磁场调控弧后电流协同效应

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磁场调控型离子源的设计与实验

强激光与粒子束 2022年第7期34卷 1-5页

作者：李杰董攀王韬刘尔祥刘飞翔何佳龙龙继东章林文中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900 中国工程物理研究院研究生院四川绵阳621900

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离... 详细信息

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离子约束能力较弱,导致其在等离子体膨胀引出通道中碰壁损失,能够提升引出轻离子的比例。开展了磁场调控的离子源放电结构、强脉冲螺线管磁场以及引出束流光学结构的设计;测量分析了引出离子流强和离子打靶束斑形貌。研究结果表明,强轴向磁场通过等离子体对混合离子成分的筛选作用,可有效提高引出离子流强中的轻离子成分比例。

关键词：磁场调控离子源离子分离离子引出束斑测量中子产额

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磁场调控等离子喷焊制备Ni/WC复合涂层

粉末冶金工业 2021年第2期31卷 31-36页

作者：仉会健黄海鸿赵伦武刘志峰朱利斌合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室安徽合肥230009

针对等离子喷焊制备Ni/WC复合涂层存在的WC沉底问题,采用外加磁场辅助等离子喷焊技术制备Ni/WC复合涂层,研究了磁场作用下等离子喷焊Ni/WC涂层外加WC颗粒的分布调控问题。采用维氏硬度计、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)及能谱分析仪(E... 详细信息

针对等离子喷焊制备Ni/WC复合涂层存在的WC沉底问题,采用外加磁场辅助等离子喷焊技术制备Ni/WC复合涂层,研究了磁场作用下等离子喷焊Ni/WC涂层外加WC颗粒的分布调控问题。采用维氏硬度计、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)及能谱分析仪(EDS)表征涂层组织结构和性能。结果表明:未加磁场时WC沉积在涂层的熔合线附近;在磁场作用下WC颗粒集中分布在涂层中间区域,WC底层距熔合线420μm;有无磁场条件下的硬度值波动状况不同,无磁场时涂层硬度最大值为1400HV,外加磁场时硬度最大值为1450HV。实验中WC颗粒几乎未发生热熔解,颗粒形貌保持完整。磁场细化了涂层组织,促进了硬质相的产生,提升了涂层的硬度。外加磁场解决了WC沉底问题,可根据工程需要对外加增强颗粒分布进行调控。

关键词：磁场调控等离子喷焊 Ni/WC合金硬度

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磁场调控电火花沉积装置研制与试验研究

磁场调控电火花沉积装置研制与试验研究

作者：邵伟强大连交通大学

学位级别：硕士

电火花沉积是一种表面修复与强化的特种加工工艺方法,可以真正实现基体与沉积层间高强度的冶金结合,被广泛应用于机械零部件失效表面再制造等领域,特别适合服役于一些高温、易损耗等极端环境中的机械零部件失效表面修复与强化等工作。... 详细信息

电火花沉积是一种表面修复与强化的特种加工工艺方法,可以真正实现基体与沉积层间高强度的冶金结合,被广泛应用于机械零部件失效表面再制造等领域,特别适合服役于一些高温、易损耗等极端环境中的机械零部件失效表面修复与强化等工作。在沉积过程中由于存在控制措施单一、异质材料(电极与基体)熔合微观过程调控困难等不足,导致电火花沉积层质量和修复可靠性不稳定。为此本文开展了磁场调控电火花沉积方法的研究,以求改善并减少沉积过程中存在的电极材料溅射以及熔融态异质材料熔合不充分等不利影响,提高电极材料利用率,加速异质材料熔合速度,改善沉积层的表面质量与结合强度。具体研究内容如下:(1)对磁场调控电火花沉积装置进行总体方案设计,包括装置整体结构、间隙控制系统、磁场调控装置的方案设计。根据电火花沉积过程原理及设计要求,完成装置整体结构的设计与研制工作。利用间隙平均电压检测法,设计以单片机控制的间隙状态检测与调控系统,根据对极间放电间隙状态的检测结果,控制步进电机的进给与回退,完成对间隙状态的实时自动控制。(2)根据磁场调控电火花沉积原理和电磁场基本理论,设计以永磁体作为磁场源的磁场调控装置,可以通过调节永磁体间相对距离实现对磁场强度的调控,通过调节永磁体旋转速度实现对磁场频率的调控。通过Ansoft Maxwell对磁场调控装置在工件表面产生的磁场进行仿真分析,分别得到了静态磁场与动态磁场下的磁感应强度大小及分布,整体上理论计算与仿真分析的磁感应强度大小及分布状态都趋于一致。(3)使用研制的磁场调控电火花沉积装置以及铁磁性的电极与基体材料进行沉积试验。探究磁场强度和磁场频率对沉积层表面微观形貌、截面微观形貌、表面粗糙度、厚度以及显微硬度的影响规律。通过与无磁场沉积工况相对比的结果表明:分别随着磁场强度和磁场频率的提高,制备的沉积层表面微观形貌与截面微观形貌效果得到明显改善;当磁场强度700m T、磁场频率10Hz时,表面粗糙度值最大降低44.3%、厚度最大提高13.39%、显微硬度最大提高5.32%,证明了磁场调控电火花沉积可有效改善沉积层质量与结合可靠性。本文所研制的磁场调控电火花沉积装置具有成本低、稳定性高等特点,对后续机械零部件失效表面再制造基础研究等方面具有重要的意义。

关键词：电火花沉积磁场调控间隙检测表面质量

磁场调控下高超声速等离子体流场及电磁波传播的数值模拟

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磁场调控下高超声速等离子体流场及电磁波传播的数值模拟

作者：马昕西安电子科技大学

学位级别：硕士

飞行器再入临近空间的高层大气时,做高超声速流动,由于边界层效应导致飞行器表面会与空气剧烈摩擦,飞行器表面温度急剧升高,这种现象就是高超声速流动的高温效应。随着温度的升高,大气分子会发生离解、电离以及其他复杂的物理化学反应,... 详细信息

飞行器再入临近空间的高层大气时,做高超声速流动,由于边界层效应导致飞行器表面会与空气剧烈摩擦,飞行器表面温度急剧升高,这种现象就是高超声速流动的高温效应。随着温度的升高,大气分子会发生离解、电离以及其他复杂的物理化学反应,最后在飞行器表面形成等离子体鞘套。当地面与飞行器进行通讯时,等离子体鞘套会阻止电磁波的传播,造成通讯中断即“黑障”现象。高超声速飞行器再入时等离子体流场导致的通信黑障问题是困扰航天领域的重要课题,外加磁场法是减缓黑障技术最具有潜力的方法之一。本文建立了磁场调控下考虑热化学反应的等离子体流场计算模型,以及电磁波在磁化等离子体流场中传播的计算模型,对外加分布磁场下等离子体流场的分布和电磁波传播特性展开数值模拟研究。本文的研究内容概括如下:1、建立了高超声速飞行器等离子体流场的热化学非平衡计算模型。针对RAMC-Ⅱ钝头体飞行器在不同高度的等离子体流场进行数值模拟研究,分析不同高度下流场的分布特性。同时得出等离子体流场的电子密度、温度等特征量的分布图,并通过与飞行试验数据以及其他研究文献的数据进行对比分析,验证本文计算模型的可靠性。2、建立了外加周期分布磁场下考虑化学反应的等离子体流场的计算模型,分析了在RAMC-Ⅱ飞行器的不同位置施加周期磁场下等离子体流场的电子密度分布规律。仿真结果表明单线圈周期分布磁场会影响等离子体流场产生周期性的流动,从而使得等离子体流场出现涡旋状结构,流场的涡尖位置会形成低电子密度区域;双线圈周期分布磁场的模拟结果可看出不同的磁场强度分布在很大程度上会影响等离子体流场电子密度的分布,本文模拟的双线圈位置使得等离子体流场驻点区的电子密度有所下降。3、建立了磁场调控下电磁波在等离子体流场中传播的计算模型。分析了磁化等离子体中电磁波的哨声波传播模式,并对外加磁场的情况下缓解黑障现象进行模拟仿真。计算RAMC-Ⅱ飞行器表面电磁波的能量密度,分析不同磁场强度,不同电波频率对外加磁场缓解电磁波传播的影响,仿真结果表明在外加磁场的情况下,可以使电磁波信号以哨声波的形式穿过等离子体鞘套,并且电磁波信号可以在飞行器表面良好的恢复。当外加磁场大小相同,电磁波频率越小穿透等离子体鞘套的效果越好;当电磁波频率相同,磁场越大穿透效果越好。同时,外加磁场会把电磁波汇聚在飞行器壁面固定的区域内,这也为飞行器上天线设计位置提出建议。

关键词：等离子体流场电磁波传播磁场调控黑障抑制

磁场调控短程反硝化体系亚硝态氮积累特性研究

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磁场调控短程反硝化体系亚硝态氮积累特性研究

作者：于聪济南大学

学位级别：硕士

聚焦短程反硝化技术亚硝态氮积累调控问题,基于微生物的磁效应,围绕磁场调控短程反硝化体系的亚硝态氮积累特性进行研究。在磁粉、磁铁、通电线圈的不同加磁场方式进行测量在反应器内部的磁场分布规律及分布特点,研究了在磁场作用下的... 详细信息

聚焦短程反硝化技术亚硝态氮积累调控问题,基于微生物的磁效应,围绕磁场调控短程反硝化体系的亚硝态氮积累特性进行研究。在磁粉、磁铁、通电线圈的不同加磁场方式进行测量在反应器内部的磁场分布规律及分布特点,研究了在磁场作用下的氮素转化、亚硝态氮积累率(NTR)、脱氢酶活性及微生物表面形态特性,探究了磁场对短程反硝化体系亚硝态氮积累的影响规律;磁场调控短程反硝化体系经高通量测序揭示了微生物群落结构,解析了磁场调控短程反硝化体系的微生物机理,并对磁场调控短程反硝化体系的稳定运行特性进行了研究。研究结果表明,采用投加磁粉方式构建磁性反应器时,磁场强度在0-0.38 mT范围内较其他磁场调控相对较小,且在短期内磁场强度衰减严重;单磁铁、双磁铁形成的磁场随着距离的增加强度急剧下降,反应器内磁场强度分布不均。双磁铁形成的磁场强度在反应器内部的变化规律呈现对称分布,且中间磁场强度较弱,随距离的变化磁场衰减较快,其所提供的磁场分布不均匀;通电线圈内的磁场强度随着通电电流的增加不断增大,在1A、2A、3A时,线圈内壁磁场最高可达21mT、40 mT、55 mT,中心磁场较弱;分别在通电线圈内加1、2、3、7、13根铁芯,随着根数的增加反应器内部的磁场强度逐渐分布均匀,其中通电线圈内有1根、7根、13根时,反应器内部的磁场最高能达80 mT,反应器外加通电线圈内加铁芯投加磁场投加方式,其磁场相对较高,分布均匀性更优,且磁场强度调节便利性较高。磁场可以增强短程反硝化反应中亚硝态氮的积累率和脱氢酶的活性,并成功富集短程反硝化菌。当磁场强度为50 mT时,亚硝态氮的积累率最大为95%左右,磁场强度为35 mT时,脱氢酶活性最高为79.86 mgTF/(L·h);通过微生物表面形态分析R、R、R污泥表面聚集着大量的短杆菌,其可能是短程反硝化过程功能菌,在4组反应器均维持了较好的厌氧状态。通过高通量测序分析,培养的污泥中主要菌群为Thauera,R中该菌属含量最高,该磁场强度下有利于短程反硝化反应中亚硝态氮的积累,微生物群落的功能分析得到R更有利于甘氨酸生物的合成与代谢及能力的代谢,R更有利于膜的运输。磁场调控短程反硝化体系可以在不同容积负荷下,使短程反硝化体系稳定运行,通过逐步优化C/N和pH,可以保证高效稳定的亚硝态氮积累率。在50 mT磁场强度下稳定运行,初始硝态氮浓度为30 mg/L、50 mg/L和70 mg/L下,反应器的容积负荷在为1.4 Kg/(m·d)、1.6 Kg/(m·d)、1.65 Kg/(m·d)左右时,亚硝态氮积累率最高为100%,更有利于亚硝酸盐的积累;当C/N在1.5-3范围内时,随着C/N比的增加,亚硝态氮的积累率呈现先增加后下降趋势,C/N为2.5时,亚硝态氮的积累率最高为90%左右,更利于亚硝酸盐的积累;p H为8时,亚硝态氮的积累率为100%,有利于亚硝酸盐积累。pH=7、9时,亚硝态氮的积累率在90%左右,即中性弱碱性条件有利于短程反硝化亚硝酸盐的积累。

关键词：短程反硝化亚硝态氮积累碳氮比磁场调控高通量测序

磁场调控等离子体喷流电子密度分布的数值模拟

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磁场调控等离子体喷流电子密度分布的数值模拟

作者：陈曦西安电子科技大学

学位级别：硕士

等离子体鞘套对临近空间高速目标飞行器电磁波通信的制约是目前亟待解决的热点问题,地面等离子体复现设备产生等离子体鞘套以研究其对信号传播的影响成为主要的研究方法,实际空间中高速目标飞行器再入过程中形成的等离子体电子密度是非... 详细信息

等离子体鞘套对临近空间高速目标飞行器电磁波通信的制约是目前亟待解决的热点问题,地面等离子体复现设备产生等离子体鞘套以研究其对信号传播的影响成为主要的研究方法,实际空间中高速目标飞行器再入过程中形成的等离子体电子密度是非均匀分布的,然而目前的地面等离子体复现研究设备不具备对等离子体电子密度分布调控能力,在本文中,探索了利用外加磁场的手段对临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置中等离子体喷流电子密度分布的调控作用。本文建立了磁场作用于等离子体喷流的多物理场紧耦合理论模型和磁场调控等离子体喷流电子密度分布的几何模型,模型中考虑了高温环境下空气的气体化学反应对带电粒子浓度的影响,然后利用外加线电流产生的静磁场影响等离子体电子密度的分布状态,为临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置利用磁场手段调控等离子体电子密度分布提供理论依据。主要研究内容如下:（1）建立了磁场作用于等离子体喷流的多物理场紧耦合模型。联合等离子体基本理论、宏观的磁流体方程组、微观的高温空气化学反应方程组,确立了包括层流场、传热场、化学场、稀物质传递场及磁场在内的五个物理场紧耦合的理论模型。（2）基于磁场作用于等离子体喷流的多物理场紧耦合理论模型,在COMSOL软件中建立了二维轴对称磁场调控等离子体喷流电子密度分布的几何模型,耦合层流场、传热场、化学场及稀物质传递场,考虑空气的7组分7化学反应的化学模型,进行了临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置中等离子体喷流的流场数值模拟,化学反应在流体中表现为逆向复合作用,随着等离子体喷流的流动,带电粒子数密度不断减小。（3）比较未加入磁场和加入与流体流速同向的+100A线电流产生的磁场两种状态,发现流体速度较未耦合前增大,温度下降更快且下降幅度更大,化学反应的逆向复合作用减弱;比较流入不同方向但大小相同均为100A的线电流,与流体流速同向的+100A线电流产生的磁场,可以约束等离子体喷流沿对称轴径向向中轴靠拢,高浓度的电子分布区域压缩了42.86%,分布区域更为集中,而与流体流速反向的-100A线电流产生的磁场,使得高浓度的电子分布区域沿对称轴径向向外扩张了42.86%;比较相同方向但大小不同分别为+50A、+100A、+150A的外加线电流产生磁场的作用,发现随着电流大小的增加使高浓度的电子分布区域沿径向向内压缩并且向中轴靠拢的约束趋势明显增加,约束高浓度的电子分布区域沿径向向内压缩效果由+50A时的无明显效果增长到+100A时对应沿径向向内压缩28.57%,以及+150A时对应的沿径向向内压缩14.29%,并且整体分布位置沿径向向内移动0.02m。通过理论分析及数值模拟,本文验证了磁场对等离子体喷流电子密度分布调控的有效性,同时也发现在利用磁场耦合进而产生洛伦兹力影响流体中电子密度的分布的调控方式,在对电子密度的调控之外,会对整个流场、化学场及稀物质传递场的重要求解变量都产生一系列的影响,磁场的调控需要考虑整个等离子体电磁科学实验研究装置中多物理场的联动变化。

关键词：磁场调控等离子体喷流电子密度