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CO_(2)熔盐捕集与电解单质碳过程调节

工程科学学报 2024年第10期46卷 1776-1785页

作者：贾亚东吴涛陈云飞朱钊海潭王明涌北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室北京100083

CO_(2)熔盐捕集与电解制备单质碳材料由于具有良好的选择性,被认为是一种极有前景的碳捕集利用与封存(CCUS)技术.然而,目前关于CO_(2)在熔盐体系下的动力学捕集机理研究尚显不足,并且电解过程中电耗较高,生产成本偏大,因此CO_(2)高效捕... 详细信息

CO_(2)熔盐捕集与电解制备单质碳材料由于具有良好的选择性,被认为是一种极有前景的碳捕集利用与封存(CCUS)技术.然而,目前关于CO_(2)在熔盐体系下的动力学捕集机理研究尚显不足,并且电解过程中电耗较高,生产成本偏大,因此CO_(2)高效捕集与低电耗电解是关键.本文计算了CO_(2)熔盐捕集转换碳酸盐热力学和碳酸盐电解理论电压与电耗,通过在线气体质谱仪、碳硫分析仪等研究了典型CaCl_(2)基熔盐中CO_(2)捕集动力学规律.通过恒电压电解、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)等,在典型三元Na_(2)CO_(3)–K_(2)CO_(3)–Li_(2)CO_(3)熔盐和三元CaCl_(2)–NaCl–CaO熔盐中考察了温度和电压对CO_(2)电解制备单质碳材料电解过程、电耗和产物结构的影响规律.结果表明,相比于碱金属氧化物,CaO是较佳的CO_(2)捕集剂,捕集转化获得的CaCO_(3)具有最低的理论分解电压和电耗;在典型CaCl_(2)–3.0%CaO(质量分数)熔盐中,CO_(2)的捕集容量为0.016 gCO_(2)·g^(−1);相比于Na_(2)CO_(3)–K_(2)CO_(3)–Li_(2)CO_(3)熔盐,CaCl_(2)–NaCl–CaO熔盐捕集CO_(2)具有更低的电解电压和电耗,750℃和1.5 V最佳条件下,电解单质碳材料电流效率达到95.3%,电解电耗最低仅为14.1 kW·h·kg^(−1).本研究不仅为寻找性能优异、价格低廉、环境友好的CO_(2)熔盐捕集材料提供了基础,也为实际电解优化工艺指标提供理论依据.

关键词：二氧化碳捕集电解高温熔盐单质碳电耗

采用LCC拓扑实现宽输出范围LED驱动电源

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电源世界 2016年第10期 38-41页

作者：江万春钱家法英飞凌科技应用中心

在对LLC与LCC两种拓扑比较的基础上,介绍了LCC拓扑的特点,采用英飞凌的高集成度控制器ICL5101实现了1个120W的LCC恒流LED驱动电源,进行了输出特性的实际测试,测试结果证明LCC拓扑可以在较窄的频率变化范围内,实现极宽的输出电压及电流... 详细信息

在对LLC与LCC两种拓扑比较的基础上,介绍了LCC拓扑的特点,采用英飞凌的高集成度控制器ICL5101实现了1个120W的LCC恒流LED驱动电源,进行了输出特性的实际测试,测试结果证明LCC拓扑可以在较窄的频率变化范围内,实现极宽的输出电压及电流调节。

关键词： LCC拓扑 ICL5101 频率变化输出电压输出电流

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高可靠性核安全级热电阻变送模块研究

核电子学与探测技术 2024年第4期44卷 754-761页

作者：王健中广核数字科技有限公司北京分公司北京100094

根据核电厂对核安全级PT100热电阻温度传感器测量的要求,设计了一种高可靠性的核安全级变送模块。创新采用了硬件模拟技术,相较于采用处理器和可编程逻辑控制器的变送模块,电路实现简单,稳定可靠。针对具体实现,完整阐述了电源电路、恒... 详细信息

根据核电厂对核安全级PT100热电阻温度传感器测量的要求,设计了一种高可靠性的核安全级变送模块。创新采用了硬件模拟技术,相较于采用处理器和可编程逻辑控制器的变送模块,电路实现简单,稳定可靠。针对具体实现,完整阐述了电源电路、恒流源电路、电压测量电路、电压调理电路、曲线调节电路和V/I电路的设计,并对样品进行了核安全级设备鉴定试验。试验结果表明,设计稳定可靠,满足核电厂核安全级产品标准要求。

关键词：高可靠性模拟技术核电厂热电阻变送模块

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海洋地震声学浮标载体结构研究

海洋地震声学浮标载体结构研究

作者：李坤杭州电子科技大学

学位级别：硕士

潜浮式海洋地震仪(MERMAID)为长期大尺度观测天然地震P波提供了可能,但其不具有机动性,只能随洋流漂移,导致观测位置或过于稀疏、或过于密集,不适合进行长期组网观测。鉴于海洋地震台组网发展需求,本文研制了一种面向全球海洋地震探测... 详细信息

潜浮式海洋地震仪(MERMAID)为长期大尺度观测天然地震P波提供了可能,但其不具有机动性,只能随洋流漂移,导致观测位置或过于稀疏、或过于密集,不适合进行长期组网观测。鉴于海洋地震台组网发展需求,本文研制了一种面向全球海洋地震探测的、具有观测位置调节能力的、新型自主滑翔式海洋地震声学浮标。其能够实现对10000公里外远震的P波信号的观测,拓展海洋地震监测的时空覆盖范围及监测尺度,为海洋地震科学研究提供准确、可靠、低成本、有用的海洋地震信息,更有利于海洋地震组网观测。在对海洋地震声学浮标的整体设计与分析过程中,本文主要针对该浮标的研制做了以下工作:(1)确定总体设计方案。设计了一种非对称圆碟外形,相比传统全对称圆碟外形,滑翔性能好,垂直上浮阻力小。并对各功能模块进行模块化、网格化设计,提升集成效率。定制2℃温度下(2000米深海水温度)容量不低于8.8k Wh的一次性高能量密度能源模块,对其结构尺寸与工作电压等进行设计。(2)完成耐压舱设计与强度校核工作。提出一种椭球形耐压舱设计、选材、校核方法,并和多种设计标准进行对比。并采用有限元分析方法并引入初始缺陷对耐压舱结构进行强度分析,将计算结果与相关理论公式和规范计算结果进行了比较分析均满足使用要求。(3)设计一种高效、节能、快速的2000米级双泵集成式浮力调节系统,并增加高压回油之路。将传感器、电磁阀等集成安装在阀块中,结构紧凑、浮力调节范围大、稳定性高。(4)完成一种快速、稳定、具备全向调节能力的姿态调节系统设计。以零回转半径实现360°航向可调,浮标机动性好。对重心调节系统中质量块的质量、移动距离及其驱动系统进行了设计计算,使在有限的空间中能够实现滑翔式海洋地震声学浮标所需的滑翔角度。(5)测试相关系统性能。实验结果表明,该浮力调节系统具有很高的安全性与稳定性;在相同工况下该浮力调节系统在高压排油功耗效率提升20%以上;并且在1000米定深海试中进一步检测了浮力调节系统的稳定性与可行性。完成了姿态调节系统测试,并对不同工作角度下的实际功耗进行统计分析。完成了对各模块的实际功耗的测量,确定使用寿命满足设计要求。

关键词：海洋地震浮标组网观测耐压舱浮力调节姿态调节

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直流微网稳定运行控制策略研究

直流微网稳定运行控制策略研究

作者：陈雅菲杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着社会的不断发展,能源需求与环境问题之间的矛盾日益严峻。微电网作为一种新型电力系统,逐渐成为解决能源供应安全、提高能源利用效率以及减少环境污染的重要途径。其中,直流微电网凭借其特有的优势引起了广泛关注和研究。相比较交... 详细信息

随着社会的不断发展,能源需求与环境问题之间的矛盾日益严峻。微电网作为一种新型电力系统,逐渐成为解决能源供应安全、提高能源利用效率以及减少环境污染的重要途径。其中,直流微电网凭借其特有的优势引起了广泛关注和研究。相比较交流微电网,直流微电网不存在无功功率、相位以及谐波等问题,在能源利用率、可靠性和稳定性、灵活性、可控性以及空间成本节省等方面具有明显的优势,更适于各种直流终端负载的供电。尽管直流微网存在诸多优点,但其在运行中面临实时能量管理的挑战。线阻不匹配以及分布式电源(Distributed Generation,DG)的输出特性增加了公共直流母线电压稳定控制及负荷电流分配的困难。U-I下垂控制作为电流分配和母线电压调节的有效方式,在实时能量管理中颇受青睐。但传统下垂控制受线路电阻及下垂系数的影响,无法同时实现各DG输出电流按比例精准分配及公共直流母线电压的稳定。论文阐述了微电网运行控制的基本问题,分析了传统下垂控制的局限性、以及针对局限性进行改进的可行方法。在此基础上提出一种适合直流微电网的稳定运行控制策略。所提的直流微电网稳定运行控制策略通过自适应调节各换流器输出电压来补偿因线路电阻产生的压降,以保证公共直流母线电压的稳定,同时利用电流环的PI控制器实现换流器输出电流控制。该控制策略主要包含两个控制模块,分别为电流控制模块和电压控制模块。电流控制模块用以整定换流器输出电流参考值,电压控制模块用以整定DG单元的电压参考值。论文主要以光储直流微网系统及4DG直流微网系统为例进行研究,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相应的直流微电网系统仿真模型。通过光储直流微网系统验证了所提策略在电流分配系数改变、光照强度改变以及负荷突变等工况下的有效性。通过4DG直流微网系统验证了所提控制策略在负荷突变、线路参数变化、电流分配系数变化以及DG故障等工况下的有效性,并且针对传统下垂控制、改进式下垂控制和所提控制策略做了对比实验。结果表明,采用所提控制策略能在保证微网系统公共直流母线电压稳定的前提下控制各DG按照需求以较高精度输出电流,提高了系统运行的灵活性。此外,论文对采用自适应控制策略的4DG直流微网系统的稳定性进行了研究。分别对Boost型换流器、DG单元的控制器、线路、直流母线等单元进行建模,建立了所研究直流微电网系统的小信号模型。根据得到的小信号模型,在边界条件、内部条件、控制指令等因素发生变化时,研究了微网系统的稳定性。根轨迹分析表明,采用自适应控制策略的直流微网系统具有良好的稳定性。

关键词：直流微电网自适应控制稳定性小信号模型负荷分配电压控制

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超声加工系统阻抗自适应匹配方法研究

超声加工系统阻抗自适应匹配方法研究

作者：杨徐毅杭州电子科技大学

学位级别：硕士

超声加工技术凭借其优越的加工性能得到广泛应用,加工过程中系统阻抗匹配状态对工作效率提升至关重要。切削负载力以及温度的变化导致超声换能器阻抗特性改变,使得系统阻抗失配,影响超声加工系统正常工作。现有阻抗匹配电路在动态工况... 详细信息

超声加工技术凭借其优越的加工性能得到广泛应用,加工过程中系统阻抗匹配状态对工作效率提升至关重要。切削负载力以及温度的变化导致超声换能器阻抗特性改变,使得系统阻抗失配,影响超声加工系统正常工作。现有阻抗匹配电路在动态工况下匹配效率较低甚至出现匹配失效,即使是加入动态阻抗匹配电路也受限于动态电容、电感的精度,存在匹配精度低、效果差的问题,本文提出基于动态可变电感的阻抗自适应匹配调节方法,设计实现动态可变电感并将其加入动态阻抗匹配电路中,以提高动态阻抗匹配电路的动态工作性能。同时针对相位差采集数据处理复杂的问题,提出驻波比检测的阻抗匹配性能评价方法,通过对相位差检测和驻波检测的比较分析,结合系统检测效率、精度的要求提出复合相位差—驻波检测的超声加工系统阻抗匹配性能评价方法,用以指导阻抗匹配工作。针对动态阻抗匹配调整灵敏度低的问题,设计实现了阻抗自适应匹配系统,实现阻抗失配时自适应调整恢复至阻抗匹配状态,保证超声加工系统正常工作。主要的研究工作和成果如下:(1)通过研究温度、切削力与换能器阻抗特性变化关系,得出温升对静态电容、切削力对动态电阻的影响,以此作为阻抗匹配电路设计的依据。通过阻抗匹配电路的分析计算,建立超声加工系统的LC静态阻抗匹配电路,并通过Multisim电路仿真以及实验测试验证LC阻抗匹配电路的阻抗调节性能,能够实现系统阻抗调节。(2)研究分析阻抗失配时超声刀具输出振幅、电压电流相位差、系统功率等典型特征参数的变化特点,基于各个特征参数与阻抗匹配状态之间的相关性分析,提出复合相位差—驻波检测的超声加工系统阻抗匹配性能评价方法。基于驻波原理对系统有功功率进行检测从而指导功率调节,并以驻波比是否在1.0～2.0的合理阈值范围内作为系统阻抗匹配性能评价的初步判断方法。提出的复合评价方法与单一相位差检测方法相比,具有数据处理量少、采集方便快捷的优势,可以有效降低单一相位差检测的数据采集数量以及数据处理难度,提高超声加工系统阻抗匹配性能评价的检测效率。(3)针对超声加工系统工况变化导致阻抗参数的动态变化,进一步研究设计动态阻抗匹配电路。针对目前动态可变电感分级调节精度差、控制复杂的问题,提出一种通过控制绕组实现磁芯磁导率控制以改变电感值的动态可变电感,用于实现阻抗匹配电路参数的动态调整。通过理论计算、电磁场仿真及动态阻抗匹配实验测试等,验证所提出的动态可变电感可以实现LC阻抗匹配电路的动态调节,使系统功率以及超声刀具输出振幅得到有效提升,满足复杂加工条件下超声换能器阻抗参数动态变化的匹配需求。(4)针对系统动态阻抗匹配的灵敏度和精度要求建立超声加工阻抗自适应匹配系统,包括集合相位差采集、驻波采集、温度采集的工况监测模块,PI控制模块和信号调节输出模块,并在LabVIEW中完成各模块的软硬件实现。基于Simulink进行控制模型搭建及PI控制算法仿真优化,仿真结果验证了PI控制器对系统阻抗调节响应性能良好,对相位差的调节控制稳定在0°附近。在动态工况测试实验中,切削力动态变化时超声刀具输出振幅稳定在20～25μm,同时驻波比、相位差等特征参数的变化均满足阻抗匹配合理阈值要求,验证了阻抗自适应匹配系统能实现超声加工系统动态阻抗匹配。

关键词：超声加工系统阻抗参数驻波检测可变电感阻抗自适应匹配

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基于局部有源忆阻器的振荡电路设计及应用

基于局部有源忆阻器的振荡电路设计及应用

作者：王世场杭州电子科技大学

学位级别：硕士

局部有源忆阻器（locally-active memristor,LAM）凭借其纳米级尺度、非线性和局部有源等特性,已经成为了模拟神经元类脑行为的最佳候选器件之一。从电路层面上看,神经元是一种可以产生尖峰振荡,自维持振荡甚至混沌振荡的振荡器。为此,... 详细信息

局部有源忆阻器（locally-active memristor,LAM）凭借其纳米级尺度、非线性和局部有源等特性,已经成为了模拟神经元类脑行为的最佳候选器件之一。从电路层面上看,神经元是一种可以产生尖峰振荡,自维持振荡甚至混沌振荡的振荡器。为此,本文基于局部有源理论和Hopf分岔理论,采用小信号分析方法,针对通用型LAMs展开了定量理论分析,设计了多种含电抗振荡器结构模拟生物神经元。考虑到电抗元件会影响振荡器的集成度,进一步提出了基于LAMs的无电抗振荡器,研究了振荡器参数设计方法,构建无电抗忆阻神经网络并应用于模式识别。本文的主要创新点如下:（1）提出了一种简单的电压控制型（voltage-controlled,VC）LAM数学模型,通过揭示其非线性动力学特性,设计了二阶神经元电路,模拟了生物触觉神经元的频率特性。为了实现更多的神经形态行为,进一步设计了基于电流控制型（current-controlled,CC）LAM的三阶忆阻神经元电路,模拟了全或无、脉冲发放、多峰发放、静息态、周期尖峰、单尖峰和混沌振荡等行为。并通过小信号分析方法和三维动力学地图,定性研究了尖峰和混沌行为的发放机理。最后,设计了VC LAM和CC LAM的硬件仿真器,硬件实现人工神经元电路,实验结果和仿真分析基本一致;（2）基于通用型LAMs的小信号阻抗特性,首次提出了两种不同的基于LAMs的无电抗振荡器拓扑。该振荡器仅由两个LAMs组成,两个不同的LAMs分别呈现小信号容抗和感抗特性,因此电路中不需要额外的电抗元件,集成度更高。基于Hopf分岔理论和小信号分析方法,定量推导了振荡器的振荡条件,理论分析表明电路振荡与三个关键参数有关。引用了简单的VC LAM数学模型,设计了VC LAM浮地型仿真器并构建了基于VC LAM的无电抗振荡器,仿真结果和硬件实验证明了无电抗振荡器的可行性和理论分析的正确性。进一步引用了Nb O LAM分段线性数学模型,通过建立基于CC LAM的无电抗振荡器,给出了忆阻器详细的参数设计方法,研究了LAMs模型参数对振荡器性能的影响,为振荡器优化提供理论指导;（3）为探索无电抗振荡器在神经形态计算领域的应用,设计了无电抗忆阻神经网络并应用于模式识别。引用了一种基于Ag/Ag In Sb Te/Ta（AIST）的阈值型忆阻器,设计了AIST忆阻交叉阵列,并研究了AIST忆阻器阻值调节方法。为避免1M结构的漏电流问题,设计了1T1M结构的无电抗忆阻神经网络,实现了3种数字模式识别;针对1T1M结构在复杂模式中的误识别问题,设计了2T2M阵列,实现了10种字母模式识别。

关键词：忆阻器局部有源振荡器神经元硬件实现

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变摩擦力式多级位移放大压电粘滑驱动器设计

变摩擦力式多级位移放大压电粘滑驱动器设计

作者：刘宇杭州电子科技大学

学位级别：硕士

压电粘滑驱动器以其具有的体积小、重量轻、无电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、医学工程、微型机械制造、半导体制造等领域,传统的压电粘滑驱动器由于存在回退现象,严重影响了其输出性能和定位精度。为降低压电粘滑驱动器的回退率,... 详细信息

压电粘滑驱动器以其具有的体积小、重量轻、无电磁干扰等优点,广泛应用于航空航天、医学工程、微型机械制造、半导体制造等领域,传统的压电粘滑驱动器由于存在回退现象,严重影响了其输出性能和定位精度。为降低压电粘滑驱动器的回退率,提高输出性能,分析了正反方向摩擦力、驱动频率、单步位移以及激励信号上升和下降的作用时间对驱动器运动回退的影响,设计了一种变摩擦力式多级位移放大压电粘滑驱动器,通过动态改变定子与动子之间正压力来调控摩擦力,有效地增大其单步输出位移,实现压电粘滑驱动器平滑稳定的运动输出。具体研究内容如下:（1）运用动量定理分析粘滑驱动原理,得出产生位移回退的主要因素,将非对称式结构引入到定子结构设计中,设计了一种变摩擦力式一级位移放大压电粘滑驱动器。利用柔性铰链计算公式计算驱动器的输出位移,并采用有限元静力学仿真对比分析定子核心结构尺寸对输出位移以及等效应力的影响,结果表明:当定子结构中斜边与水平轴夹角为70°时,驱动器具有较大的输出位移,并满足材料的许用应力,验证了该结构设计的可行性,从而确定了该结构的最终模型尺寸。（2）为探究不同激励信号上升和下降的作用时间对运动回退的影响,搭建了驱动器性能测试平台,对变摩擦力式一级位移放大压电粘滑驱动器进行性能输出测试,包括样机在不同激励信号、激励电压、频率和预紧力下的输出情况,以及在低频和低压下的运动回退率、分辨率测试。实验结果表明:该驱动器最佳工作频率为750Hz,最大输出速度可达到16.31mm/s。在占空比为90%的锯齿波激励信号下,驱动电压和频率分别为100 V和150 Hz时,抑制回退率可达到98.94%;驱动电压小于100V、驱动频率小于150 Hz时,抑制回退效果较差,研究表明,通过同时调节正反方向动摩擦力大小和作用时间无法完全抑制一级位移放大压电粘滑驱动器回退。（3）将多级位移放大机构引入到变摩擦力式压电粘滑驱动器设计中,设计了二级、三级位移放大的变摩擦力式压电粘滑驱动器。通过卡氏第二定理和有限元静力学仿真对新设计的驱动器定子结构核心尺寸进行优化,确定整体尺寸;构建了驱动器整体装置的动力学模型,对驱动装置在不同电压下和不同位移放大倍率下进行动态分析,探究了激励电压和不同位移放大倍率对驱动系统最终位移输出的影响,验证了变摩擦力式多级位移放大压电粘滑驱动器完全抑制回退的能力。（4）在同一实验条件下对二级、三级位移放大的变摩擦力式压电粘滑驱动器输出性能进行测试,并进行对比。实验结果表明:增大单步位移提高了二级、三级位移放大的变摩擦力式压电粘滑驱动器的输出速度,在驱动电压为100 V时最大输出速度分别为25.22 mm/s和49.54 mm/s,相比于变摩擦力式一级位移放大压电粘滑驱动器,二级、三级位移放大的变摩擦力式压电粘滑驱动器在抑制回退效果上有着显著地提升,在驱动电压和频率分别为100V和100 Hz就能达到100%抑制回退效果。

关键词：压电粘滑驱动回退运动动力学建模结构优化多级位移放大

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高频磁芯兆赫兹频段损耗测试系统研究

高频磁芯兆赫兹频段损耗测试系统研究

作者：冯珂豪杭州电子科技大学

学位级别：硕士

高频磁芯在电力、通信、电子、医疗和能源等领域的各种应用中扮演着关键角色,它们用于能量转换、信号处理、电力调节和电磁耦合等功能,为现代科技和工业的发展提供了基础支持。然而,磁芯损耗会导致设备发热,影响磁芯和周围元件的性能,... 详细信息

高频磁芯在电力、通信、电子、医疗和能源等领域的各种应用中扮演着关键角色,它们用于能量转换、信号处理、电力调节和电磁耦合等功能,为现代科技和工业的发展提供了基础支持。然而,磁芯损耗会导致设备发热,影响磁芯和周围元件的性能,甚至导致系统的故障和损坏。磁芯损耗的测量需要特殊的设备和方法,特别是在高频范围内,为了准确表征磁芯的损耗特征,需要使用高精度的损耗测量仪器和测试方法。本文致力于高频磁芯损耗测试系统研究,主要研究内容如下:(1)搭建自动化高频磁芯损耗测试系统。系统下位机由示波器、函数发生器、功率放大器和探头组成,这些设备接收来自上位机的指令和控制信号,完成基础的测试流程。上位机由工控机和MATLAB组成,负责控制设备、采集和处理数据。为了提高系统的自动化水平,本文提出了磁通密度反馈调节法和动态电压增益步长概念,实现了励磁电流精确控制。通过自主研发的损耗测试软件OPIC,实现了磁芯损耗测试过程的全自动化。(2)针对系统中存在的相位角误差问题,本文提出了两步校准法理论。首先使用第一步校准消除了探头的传播延迟,其次通过第二步校准补偿仪器响应延迟,并定义校准因子k来反映第一步校准的状态。通过两步校准后,最终将系统的相位角误差限制在0.13°以内。实现了20 MHz条件下磁芯损耗的准确测量,并验证了系统10 MHz以下的测量精度,磁芯损耗测量的平均误差为5.26%。这项研究为磁芯损耗测量提供了可靠的解决方案。(3)引入机器学习优化损耗测试系统,使用BP神经网络分别对系统的相位角误差和磁芯损耗进行预测,并构建相应的神经网络模型。通过调用训练后的神经网络模型输出更密集的相位角误差频率补偿数据,将原始的192个补偿点拓展为1902个补偿点,从而优化系统相位角误差校准过程。在磁芯损耗预测模型中,BP神经网络在高频磁芯损耗预测方面表现出明显优势,对未见数据集的预测准确率达到80.83%。该研究证明了BP神经网络在高频磁芯损耗预测中的潜在应用价值。

关键词：高频软磁材料磁芯损耗系统搭建相位角误差补偿机器学习