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多层结构聚丙烯酰胺水凝胶太阳能蒸发器的制备及性能

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材料导报 2024年第7期38卷 209-213页

作者：黎涛孟威明王丁丁卫春祥鲁红典合肥学院能源材料与化工学院合肥230601

优化设计太阳能蒸发器的结构并提高光热转换效率是改善其蒸发性能的有效途径。本工作基于原位自由基聚合反应,设计了一种多层结构的聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶太阳能蒸发器并研究了其性能。该水凝胶由底部PAM/纳米纤维素(PAM/CNF)水运... 详细信息

优化设计太阳能蒸发器的结构并提高光热转换效率是改善其蒸发性能的有效途径。本工作基于原位自由基聚合反应,设计了一种多层结构的聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶太阳能蒸发器并研究了其性能。该水凝胶由底部PAM/纳米纤维素(PAM/CNF)水运输层、中部PAM/碳纳米管/氮化钛(PAM/CNTs/TiN)光热转换层以及顶部“孤岛”状PAM/空心MXene微球(PAM/HSMX)构成的粗糙表面层组成。这种设计构建的PAM/CNF-PAM/CNTs/TiN-PAM/HSMX多层结构水凝胶太阳能蒸发器(ML-SVG)不仅能够提高光热转换效率,减少热量的损耗,而且促进了水分的运输,从而赋予ML-SVG优良的蒸发性能。ML-SVG在2kW·m^(-2)太阳光照射下的蒸发速率达到2.2kg·m^(-2)·h^(-1),同时具有优良的循环使用性能,高效的污水净化和盐水淡化性能。

关键词：水凝胶聚丙烯酰胺多层结构太阳能蒸发器水处理

高频方波电场-温度场作用下环氧树脂介电特性劣化协同效应

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高电压技术 2024年第9期50卷 4007-4018页

作者：司剑文韬赵毅马波黄辛毅孙绪乾合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

高频变压器环氧树脂固封绝缘系统长期承受高频方波电压应力和热应力,环氧树脂在高频方波电压应力和热应力下的绝缘性能劣化严重制约着高频变压器的运行可靠性。以往研究多在交流正弦电场与温度场作用下对环氧树脂介电特性进行分析,缺乏... 详细信息

高频变压器环氧树脂固封绝缘系统长期承受高频方波电压应力和热应力,环氧树脂在高频方波电压应力和热应力下的绝缘性能劣化严重制约着高频变压器的运行可靠性。以往研究多在交流正弦电场与温度场作用下对环氧树脂介电特性进行分析,缺乏环氧树脂在高频方波电场-温度场作用下介电特性变化的研究。搭建高频方波电压与温度联合老化实验平台,对不同老化电场强度、温度条件下环氧树脂样片进行介电特性研究,并将电热联合老化结果与单独热老化、电老化结果进行对比分析。实验结果表明,电热联合老化对环氧树脂介电特性的影响更显著,且大于电、热的叠加作用,即电热联合老化过程中存在着协同效应。通过构建环氧树脂在高频方波电压下的极化损耗计算模型,阐明了在高频方波电场作用下,由环氧树脂极化损耗引起的样片温度升高是加剧环氧树脂介电特性劣化的重要原因。该研究结果可为高频变压器绝缘状态评估提供参考。

关键词：环氧树脂方波电压介电特性极化损耗协同效应

全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3141-3151页

作者：黄海宏陈昭王海欣合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围... 详细信息

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围内慢时变波动以及线圈上存在互感电动势干扰,传统比例-积分(PI)控制方法在电流跟踪控制过程中存在不足。为了实现干扰的抑制和应对负载波动,提出一种带干扰抑制的离散积分滑模控制方法,根据系统状态方程设计离散积分滑模控制器,结合滑模干扰观测器实现集总干扰的观测,对集总干扰进行前馈补偿控制。为了抑制抖振和加快收敛速度,设计一种新型平滑饱和函数和增益自适应观测器,根据观测电流误差和跟踪电流误差自适应调整观测器增益。对比传统PI控制,仿真和实验验证了所提控制方法具有更加优良的电流跟踪特性,在输出电流超调更小的情况下动态响应更快,能够有效地抑制负载侧扰动,具有良好的鲁棒性。

关键词： EAST快控电源离散积分滑模控制滑模干扰观测器前馈补偿

配电网用气体间隙开关触发腔性能劣化进程及剩余寿命预测方法

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4127-4138页

作者：董冰冰陈子建合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。研究结果表明,随着触发放电... 详细信息

气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。研究结果表明,随着触发放电次数的累积,触发腔针电极处内径、喷口直径与内壁表面粗糙度均逐渐增大,喷口内壁出现凹坑、凸起点,针电极处的烧蚀孔洞由“点—线—面”发展,引起气体开关触通过程中的等离子体喷射特性参数(喷射高度、喷射直径、喷射面积)逐渐减小,触通时延、击穿时延均明显增大。在强绝缘、强电负性SF6触发环境中,计及放电烧蚀分解产物的电负性效应,致其喷射等离子体发展过程受到明显抑制,显著制约了触发寿命。选取喷射高度为预测因子,建立基于长短期记忆神经网络(LSTM)的气体开关剩余触发寿命预测模型,模型预测值与试验值间的方均根误差、平均绝对百分比误差分别低至0.063、0.055,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体开关运行稳定性及寿命预测提供参考。

关键词：气体间隙开关等离子体喷射重复触发放电烧蚀累积寿命预测配电网

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并联IGBT占空比的温度特性建模与分析

电工技术学报 2024年第14期39卷 4422-4431页

作者：黄海宏彭岚王海欣合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定... 详细信息

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定性至关重要。然而现有的研究成果主要集中在单个器件损耗模型或者是并联IGBT的最佳工作频率范围而未涉及对并联IGBT最佳工作占空比范围的讨论。研究发现,当IGBT工作在正温度系数区间时,结温差异造成的通态损耗差异与开关损耗差异呈不同的温度特性。因此,提出零温度-占空比的概念来估计并联IGBT之间结温失配趋势。该文建立零温度-占空比模型,并以此来分析电路设计参数、IGBT器件参数以及结温差异对并联IGBT最佳工作占空比范围的影响。实验结果表明,通过零温度-占空比模型可以对并联IGBT的可靠性、电路设计参数以及器件选型提供可行的参考。

关键词：并联IGBT 开关损耗导通损耗温度特性零温度-占空比

基于U-net卷积神经网络的电磁场快速计算方法

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电工技术学报 2024年第9期39卷 2730-2742页

作者：张宇娇赵志涛徐斌孙宏达黄雄峰合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

有限元法(FEM)是物理场分析常用的方法,但庞大的求解自由度导致FEM计算成本很大。针对FEM计算时间长的问题,构建一种基于U-net卷积神经网络的物理场快速计算方法,将样本数据通过栅格化或点云化处理后作为神经网络的输入和标签数据,通过... 详细信息

有限元法(FEM)是物理场分析常用的方法,但庞大的求解自由度导致FEM计算成本很大。针对FEM计算时间长的问题,构建一种基于U-net卷积神经网络的物理场快速计算方法,将样本数据通过栅格化或点云化处理后作为神经网络的输入和标签数据,通过网络训练实现物理场的快速计算并研究该方法在电磁场计算中的应用。结果表明,该方法能准确有效地预测电势、电场强度、磁感应强度等物理量的分布,且预测时间较FEM仿真计算时间大幅缩短。同时,通过合理选择数据集大小,即使在小数据集下也能有较高的预测精度。

关键词：电磁场卷积神经网络快速计算有限元法

基于脉冲电压频域特征和内阻的退役电池快速初步分选策略

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 214-226页

作者：汪宇航黄海宏王海欣合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

随着新能源产业的发展,越来越多的退役电池如何处理成为了一个急需解决的问题。磷酸铁锂电池由于高能量密度及安全性的优点被广泛应用于汽车及储能场合,是现有退役电池中的主流之一。退役磷酸铁锂电池的二次利用场景是根据电池的健康状... 详细信息

随着新能源产业的发展,越来越多的退役电池如何处理成为了一个急需解决的问题。磷酸铁锂电池由于高能量密度及安全性的优点被广泛应用于汽车及储能场合,是现有退役电池中的主流之一。退役磷酸铁锂电池的二次利用场景是根据电池的健康状态、内阻等状态进行评估的,但是这个过程耗费大量的时间。本文提出利用脉冲过程电压的频域特征作为估计健康状态的健康特征,然后利用随机森林回归算法实现了健康状态的快速估计,这极大的缩短了退役磷酸铁锂电池分选的时间。在此基础上,本文提出利用基于高斯分布的异常参数识别方法评估异常内阻退役磷酸铁锂电池。通过实验验证,选取的15节磷酸铁锂电池中健康状态估计的最大误差为6%,且能够有效的筛除内阻与SOH不匹配的退役磷酸铁锂电池。

关键词：退役电池健康状态快速分选脉冲电压

气体间隙开关喷射等离子体触发性能劣化及剩余触发寿命预测研究

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1497-1509页

作者：董冰冰郭志远合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

喷射等离子体诱导型气体间隙开关用于电力系统过电压防护具有明显优势,但高注入触发能量下多次放电累积效应引起的触发失效问题严重,极限可触发次数具有不确定性,亟须开展触发寿命与触发有效参数的关联规律以及剩余触发寿命预测研究。... 详细信息

喷射等离子体诱导型气体间隙开关用于电力系统过电压防护具有明显优势,但高注入触发能量下多次放电累积效应引起的触发失效问题严重,极限可触发次数具有不确定性,亟须开展触发寿命与触发有效参数的关联规律以及剩余触发寿命预测研究。为此该文搭建了气体间隙开关触发寿命研究平台。结果表明,低容值触发电路可迅速建立触发放电主通道,电弧电流可达3.7kA;高容值触发电路提高了用于解离产气材料而形成喷射等离子体的能量,显著提升了触发腔等离子体喷射触发能力。触发回路电容C_(1)距C_(2)放电时延Δt_(0)、击穿时延Δt_(1)、触通时延Δt_(2)可分别用于表征触发一级腔、二级腔、气体开关导通性能的劣化程度,其变化过程可用于表征气体开关触发失效的阈值范围。以等离子体喷射高度作为预测因子,建立了气体开关剩余触发寿命预测模型ARIMA(1,1,2),预测值与试验结果基本吻合,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体间隙开关实现稳定触通及触发寿命预测提供理论参考和工程应用指导。

关键词：气体间隙开关等离子体喷射触发失效寿命预测过电压与接地

基于不同绕组形式双定子低速大转矩永磁直驱电机转矩脉动的分析与抑制

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3646-3657页

作者：刘佶炜狄冲李仕豪鲍晓华合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

双定子低速大转矩永磁直驱电机(DLHPMDM)具有高转矩密度和高效率等优点,是传统低速大转矩传动系统的良好替代方案。DLHPMDM可以看作由内、外两台电机构成的整体。绕组形式选择不仅直接影响内、外电机的转矩性能,内、外电机不同绕组形式... 详细信息

双定子低速大转矩永磁直驱电机(DLHPMDM)具有高转矩密度和高效率等优点,是传统低速大转矩传动系统的良好替代方案。DLHPMDM可以看作由内、外两台电机构成的整体。绕组形式选择不仅直接影响内、外电机的转矩性能,内、外电机不同绕组形式的组合还会改变内、外电机输出转矩的叠加效果,最终影响DLHPMDM的转矩脉动水平。首先,基于双定子电机的转矩叠加原理,提出一种抑制DLHPMDM转矩脉动的设计方法,采用解析法分析内、外电机反电动势谐波相位差如何影响纹波转矩的叠加效果,并对内定子采用不同绕组形式时DLHPMDM的转矩性能进行仿真分析和初步验证。其次,考虑到绕组谐波引起的谐波电流对转矩脉动的影响,采用以电压源为激励的有限元分析进一步验证了内、外电机选用合理的绕组形式组合时,内、外电机纹波转矩的叠加削减作用能够有效降低DLHPMDM的转矩脉动。最后,采用转矩脉动最低的设计方案试制了一台DLHPMDM样机并完成相关实验,实验结果验证了分析的准确性。

关键词：双定子永磁直驱电机绕组形式转矩叠加原理纹波转矩转矩脉动