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计及暂态模式切换下垂控制逆变器故障下同步稳定分析

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电机与控制学报 2022年第10期26卷 1-11页

作者：马堰泓付立军胡祺王光宇刘陈瑞扬海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

针对下垂控制的逆变器过流能力弱的问题,须在控制中添加电流饱和限制,这使得逆变器存在电压源/电流源暂态模式切换过程。为了分析该模式切换动态对系统稳定性的影响,开展了下垂控制逆变器故障下同步稳定性研究。首先建立下垂控制逆变器... 详细信息

针对下垂控制的逆变器过流能力弱的问题,须在控制中添加电流饱和限制,这使得逆变器存在电压源/电流源暂态模式切换过程。为了分析该模式切换动态对系统稳定性的影响,开展了下垂控制逆变器故障下同步稳定性研究。首先建立下垂控制逆变器同步动态动力学模型,分析电压源/电流源暂态模式切换对等效功角曲线的影响。以此为基础,分别构造了逆变器电压源和电流源运行模式下系统的暂态能量函数,从加减速面积和能量变化的角度揭示了系统同步稳定机理,研究了故障切除时间对系统暂态同步稳定性的影响。进而提出一种基于功率改进控制的优化控制策略,故障下通过切换逆变器的功率控制方式,使故障期间逆变器输出有功功率与无功功率保持稳定,以提高系统同步稳定性,并构建了基于下垂控制逆变器并网系统的仿真模型,验证了同步稳定分析的正确性和提出控制策略的有效性。

关键词：下垂控制电流限制李雅普诺夫直接法等面积法则同步稳定性

隐极整流同步发电机负载气隙磁密分布解析计算

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电机与控制学报 2023年第6期27卷 18-25页

作者：蒋天瑞郭云珺苏武海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

针对隐极整流同步发电机负载气隙磁场解析计算问题,应用分布磁路法,建立交流负载工况下的气隙磁路解析模型,可考虑磁路饱和的影响;应用保角变换法,建立定、转子开槽下的气隙相对比磁导函数,可考虑齿槽效应、绕组槽型结构的影响。通过将... 详细信息

针对隐极整流同步发电机负载气隙磁场解析计算问题,应用分布磁路法,建立交流负载工况下的气隙磁路解析模型,可考虑磁路饱和的影响;应用保角变换法,建立定、转子开槽下的气隙相对比磁导函数,可考虑齿槽效应、绕组槽型结构的影响。通过将解析结果与有限元仿真结果对比表明,考虑齿槽效应后的气隙磁密解析计算波形与有限元仿真得到的结果吻合较好,其中解析计算得到的基波磁密幅值准确度较高,相对误差小于1%,同时采用解析方法的计算时间仅需几十秒,相较于有限元法1个小时以上的计算时长,实现了对负载气隙磁密分布的快速解析计算,从而验证了分布磁路法计算负载工况下气隙磁场的有效性和效率,对该类电机的磁路精确设计和电磁性能分析具有一定的理论指导意义。

关键词：隐极整流同步发电机分布磁路法保角变换法相对比磁导函数负载工况解析计算

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蜂窝器与多孔介质模型整流效果的对比分析

哈尔滨工程大学学报 2022年第8期43卷 1109-1115页

作者：宋希亮余中军刘承江翟朔海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

为了认识水洞设计过程中多孔介质模型代替实体蜂窝器的作用效果,本文采用计算流体力学方法,针对蜂窝器和多孔介质局部模型,开展了计算对比研究。通过横向速度、流向速度不均匀性、湍流度和压力损失等指标评价了蜂窝器和多孔介质模型的... 详细信息

为了认识水洞设计过程中多孔介质模型代替实体蜂窝器的作用效果,本文采用计算流体力学方法,针对蜂窝器和多孔介质局部模型,开展了计算对比研究。通过横向速度、流向速度不均匀性、湍流度和压力损失等指标评价了蜂窝器和多孔介质模型的整流效果,利用流场速度、压力、湍流度等流场参数分布,分析了蜂窝器和多孔介质模型的整流作用机理。研究表明:蜂窝器和多孔介质模型均能有效抑制横向速度;蜂窝器对流向速度均匀性具有不利影响,多孔介质模型有利于流向速度均匀性;蜂窝器能够有效降低来流湍流度,多孔介质模型对来流湍流度无明显影响;多孔介质模型能够准确模拟蜂窝器内部压力损失。本文为利用多孔介质模型代替实体蜂窝器开展水洞全回路流场的计算流体力学分析提供了指导。

关键词：水洞设计蜂窝器多孔介质压力损失速度均匀性湍流度计算流体力学整流作用

基于CNN的三相逆变器开路故障诊断及其样本条件分析

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国防科技大学学报 2022年第6期44卷 163-172页

作者：申皓澜唐欣罗毅飞肖飞艾胜樊亚翔海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

为了合理选择样本条件以实现高效的智能化诊断,以及克服智能化方法中传统反向传播(back propagation, BP)网络权值较多、局部信息提取能力不足的问题,对基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的开路故障诊断方法进行研究... 详细信息

为了合理选择样本条件以实现高效的智能化诊断,以及克服智能化方法中传统反向传播(back propagation, BP)网络权值较多、局部信息提取能力不足的问题,对基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的开路故障诊断方法进行研究,并以典型的三相两电平逆变器为具体对象,着重分析样本时长、样本数量变化时,CNN方法相较于BP网络方法在网络权值数量、训练稳定性、诊断准确率上的量化优势。结果表明,基于CNN的方法可在权值数量远少于BP网络方法的情况下构建深度更深的诊断模型,并在更短样本时长、更少训练样本数量下实现高效、准确的开路故障诊断。

关键词：电能变换装置逆变器故障诊断开路故障深度学习卷积神经网络样本条件

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电磁脉冲对高频结构的热效应分析

国防科技大学学报 2023年第1期45卷 144-149页

作者：袁玉章孟进朱丹妮王海涛崔言程海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

对于Cerenkov型器件,由高频结构温升引发的热脱附会造成的射频击穿,进而导致输出功率降低和脉冲缩短。基于此,研究了电磁脉冲对高频结构的加热温升效应,推导了高频结构的温升公式,指出了理论公式的适用范围,并给出了数值求解试件温升的... 详细信息

对于Cerenkov型器件,由高频结构温升引发的热脱附会造成的射频击穿,进而导致输出功率降低和脉冲缩短。基于此,研究了电磁脉冲对高频结构的加热温升效应,推导了高频结构的温升公式,指出了理论公式的适用范围,并给出了数值求解试件温升的方法。以二周期1 MV·cm^(-1)的高频结构为例,进行了温升的数值计算和仿真研究。结果表明,脉宽100 ns的单脉冲对不锈钢试件的温升效应明显高于其他材料。当系统工作在高重频时,电磁脉冲的温升作用可能使金属材料达到气体脱附的阈值从而引发气体脱附形成局部高压。该研究可为高功率微波源中的气体脱附以及射频击穿等研究提供参考。

关键词：高功率微波高频结构微波热损耗气体脱附

基于光电传感和轨迹观测的多级感应线圈炮触发控制研究

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电机与控制学报 2022年第8期26卷 59-65,78页

作者：郭灯华史铎林关晓存管少华吴彪海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430030

多级同步感应线圈炮的定子线圈和电枢之间耦合量随二者相对位置变化,使得控制线圈炮达到大能级和高速度输出有很大挑战。本文设计了一种30级同步感应线圈发射检测控制系统,并发射过程中定位、测速进行了分析、仿真与试验验证。该装置在... 详细信息

多级同步感应线圈炮的定子线圈和电枢之间耦合量随二者相对位置变化,使得控制线圈炮达到大能级和高速度输出有很大挑战。本文设计了一种30级同步感应线圈发射检测控制系统,并发射过程中定位、测速进行了分析、仿真与试验验证。该装置在发射体布置黑白条纹,线圈级间布置光电传感器。光电传感器探测条纹输出位置正交编码,可以转换成发射体位置。构建Luenberger观测器观测出发射体速度,构建一种观测器频率分析方法,得到267 Hz的观测频率最适合当前系统。通过30级线圈发射试验对本文研究进行了检验,发射末速度达到了210 m/s,整个装置效率达到34.7%。这表明本文提出的光电传感器和轨迹观测方法可以有效用于多级线圈炮的触发控制,能够满足高速高加速应用场景。

关键词：多级同步感应线圈炮光电传感位置检测轨迹观测触发控制

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常导型高速磁浮列车电磁系统参数优化设计

电机与控制学报 2022年第11期26卷 49-57页

作者：薄凯陈俊全王东王钰余锡文海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430043

常导型高速磁浮列车采用悬浮电磁铁与长定子轨道构成的直线同步电机驱动,以效率高、可控性好、集成化程度高等优势成为目前唯一投入商业运营的高速磁浮方案,在中长距离的超高速、高速轨道交通领域拥有巨大发展潜力。随着应用和运营的不... 详细信息

常导型高速磁浮列车采用悬浮电磁铁与长定子轨道构成的直线同步电机驱动,以效率高、可控性好、集成化程度高等优势成为目前唯一投入商业运营的高速磁浮方案,在中长距离的超高速、高速轨道交通领域拥有巨大发展潜力。随着应用和运营的不断加深,开展常导型高速磁浮电磁系统的精细化建模与新材料应用分析对进一步提升性能具有重要意义。本文围绕常导型高速磁浮列车悬浮电磁铁的动态电磁特性,通过有限元仿真了动态电磁过程,研究了不同电工软磁材料对悬浮力和浮重比的影响,通过正交试验设计方法确定了影响浮重比的关键参数,并提出了最优的结构参数;最后对优化前后的电磁特性进行了对比分析。研究结果表明:通过优化悬浮电磁铁铁心截面几何参数结合更换高端取向硅钢,可实现减重61.57 kg,浮重比可提升约16%。本研究所得结论对常导型高速磁浮列车电磁系统升级换代具有重要意义。

关键词：长定子直线同步电机磁浮列车磁密分布软磁材料浮重比正交实验设计

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电容驱动型多级感应线圈炮模型简化

电机与控制学报 2022年第5期26卷 8-16页

作者：郭灯华史铎林关晓存管少华吴彪海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

针对电容驱动型线圈炮以电流丝法为基础的建模中,由于感应线圈炮驱动回路放电过程存在非线性和受力复杂导致的模型精度差、计算效率低等问题,采用等效电阻和开关函数代替晶闸管开通关断的方法,在实现对过程特性准确模拟的基础上,有效避... 详细信息

针对电容驱动型线圈炮以电流丝法为基础的建模中,由于感应线圈炮驱动回路放电过程存在非线性和受力复杂导致的模型精度差、计算效率低等问题,采用等效电阻和开关函数代替晶闸管开通关断的方法,在实现对过程特性准确模拟的基础上,有效避免晶闸管开关的非线性工作状态对数学模型建立过程产生的影响。将基于有限元获取的电流丝法中电枢与驱动线圈的互感矩阵导入感应线圈炮的数学模型中,结合查表法,简化了受力计算,提高了计算效率,实现了场路模型的有效结合。研究电枢运动时的受力特点,使用位置与速度的最优触发策略。建立发射数学模型与有限元模型进行比较,并进行实验。仿真与实验结果比较相差7%,在实验可接受的误差范围内,验证了该模型的正确性。

关键词：感应线圈炮发射模型电流丝法等效电阻电感梯度触发策略

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脉冲工况晶闸管扩展速度的影响因素研究

国防科技大学学报 2022年第2期44卷 96-103页

作者：张晓张冠祥鲁军勇戴宇峰武文轩海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

为研究不同因素对其电流扩展速度的影响,根据晶闸管的结构特点和工作原理,建立晶闸管器件模型及脉冲成形网络等效电路模型并进行了仿真模拟。数值仿真结果表明,当正向阻断电压从3000 V增加至5000 V时,扩展速度可增加24.6%;当基区宽度从... 详细信息

为研究不同因素对其电流扩展速度的影响,根据晶闸管的结构特点和工作原理,建立晶闸管器件模型及脉冲成形网络等效电路模型并进行了仿真模拟。数值仿真结果表明,当正向阻断电压从3000 V增加至5000 V时,扩展速度可增加24.6%;当基区宽度从500μm增加至900μm时,扩展速度降低了31.7%;当载流子寿命从1μs增加至10μs时,扩展速度增加了56.9%,而当温度从300 K增加至330 K时,扩展速度仅增加了0.3%,可以看到温度对扩展速度的影响较小。研究结果有助于选择合适参数以保证开通所需的扩展速度,对改进晶闸管器件设计、提高晶闸管工作性能都具有应用价值。

关键词：晶闸管扩展速度器件-电路联合仿真 Silvaco