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径-轴向磁轴承冷却设计及温度场分析

中国电机工程学报 2023年

作者：刘斌余中军付佳海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点试验室

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控，在小功率等级电机环境下其损耗较低，可采用自然冷却。而对于大功率等级电机，磁轴承损耗增大，必须考虑冷却设计以降低其温升。本文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象，在考... 详细信息

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控，在小功率等级电机环境下其损耗较低，可采用自然冷却。而对于大功率等级电机，磁轴承损耗增大，必须考虑冷却设计以降低其温升。本文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象，在考虑径-轴向磁轴承集成状态及发电机实际内部环境条件下，基于径-轴向磁轴承三维流场、温度场分析，首先研究了自然冷却条件下磁轴承温度场特征，结果表明磁轴承温度过高，径向磁轴承定转子会产生较大热变形，增大磁轴承安全运行风险；为了解决该问题，本文结合电机空冷结构和磁轴承结构特征，提出了一种集成化主动冷却结构，并仿真分析了冷却效果，结果表明进行主动冷却后径-轴向磁轴承温度明显下降，径向磁轴承定转子气隙变化量大幅减小；最后进行了样机温升试验，试验结果与仿真结果一致。

关键词：磁轴承集成状态三维温度场分析冷却设计

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电磁轨道发射系统电路模型及发射效率研究

电工技术学报 2023年第11期38卷 2841-2849,2860页

作者：翟小飞李鑫航刘华彭之然海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

在发射装置串联电路模型的基础上,根据能量等效原理,提出了直流脉冲等效电路模型,建立了系统能量效率ηe与能量等效电阻R_(k)^(*)、损耗等效电阻R^(*)和电流等效占空比D三个参数的数学模型。根据速度趋肤效应引入速度频率,将电枢动态运... 详细信息

在发射装置串联电路模型的基础上,根据能量等效原理,提出了直流脉冲等效电路模型,建立了系统能量效率ηe与能量等效电阻R_(k)^(*)、损耗等效电阻R^(*)和电流等效占空比D三个参数的数学模型。根据速度趋肤效应引入速度频率,将电枢动态运动模型转化为静态扫频模型并进行涡流场扫频分析,建立了全系统电气仿真模型。与试验结果进行对比,结果表明:电路模型、系统仿真与试验三者之间系统效率的误差小于3%。利用建立的等效电路模型和仿真模型对发射效率的影响因素进行分析,为发射效率优化设计提供了研究方法。

关键词：电磁轨道发射发射效率等效电路模型动态参数系统仿真

独立电力系统中基于模式切换的虚拟同步发电机控制方法

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高电压技术 2022年第9期48卷 3474-3483页

作者：李春马凡胡祺海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

同步发电机组-虚拟同步发电机并联供电系统中,两种异构电源的物理结构和控制结构迥异,在负载突变时两种电源的暂态功率难以均分,尤其是在突加负载时,虚拟同步发电机因调节快在暂态过程中会承担过多负荷,甚至短时过载,这使得虚拟同步发... 详细信息

同步发电机组-虚拟同步发电机并联供电系统中,两种异构电源的物理结构和控制结构迥异,在负载突变时两种电源的暂态功率难以均分,尤其是在突加负载时,虚拟同步发电机因调节快在暂态过程中会承担过多负荷,甚至短时过载,这使得虚拟同步发电机容量不能充分利用。针对该问题,首先分别从调频、调压和输出阻抗特性差异上,阐明了两者暂态功率分配不均的机理。其次,在传统虚拟同步发电机控制中增加虚拟调速、虚拟励磁、动态虚拟阻抗等环节,以模拟同步发电机组的调速特性和电磁暂态特性,实现与同步发电机组并联运行时的暂态和稳态功率均分。再次,为保证虚拟同步发电机独立运行时的快速动态响应特性,在独立运行模式下仍保持传统虚拟同步发电机控制算法,设计了基于状态跟踪的模式切换环节,实现两种模式之间的平滑切换。最后,基于PSCAD/EMTDC的时域仿真结果和基于RT-LAB的控制器硬件在环试验结果表明,提出的控制方法能够实现虚拟同步发电机与同步发电机组并联运行时的暂态和稳态功率均分,且能够保持虚拟同步发电机独立运行时的快速调压和调频能力,独立、并联运行模式之间能够实现平滑切换,方法可应用于工程实际。

关键词：虚拟同步发电机暂态功率均分虚拟励磁虚拟调速动态虚拟阻抗

十二相整流发电机并联供电系统直流中点环流特性及其抑制方法

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电工技术学报 2022年第7期37卷 1760-1767页

作者：黄河马凡付立军张向明荆从凯舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学) 武汉430033

十二相整流发电机是船舶中压直流综合电力系统的主要发电设备。将全船整流发电机输出的正负极、直流中点分别并联组网,向全船中压用电设备提供三线制直流电能,可减轻中压用电设备的绝缘和直流均压控制压力,但也增加了系统直流中点环流... 详细信息

十二相整流发电机是船舶中压直流综合电力系统的主要发电设备。将全船整流发电机输出的正负极、直流中点分别并联组网,向全船中压用电设备提供三线制直流电能,可减轻中压用电设备的绝缘和直流均压控制压力,但也增加了系统直流中点环流的风险。针对此问题,该文建立了等效电路模型,揭示了多台整流发电机并联时直流中点环流产生的机理与频率特征,提出了可有效抑制直流中点环流的接地电阻设计原则,时域仿真和物理试验验证了该理论分析结果的正确性。

关键词：中压直流综合电力系统十二相整流发电机直流中点高阻接地环流抑制

考虑漏感频变特性的三相立体卷铁心变压器建模及分析

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电工技术学报 2023年第1期38卷 140-152页

作者：范学鑫杨北超揭贵生王瑞田高山海军工程大学舰船综合电力国防科技重点实验室武汉430033

针对一种宽输入电压范围双向逆变电源,可采用磁集成方法提高其功率密度。与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、重量轻等优势,该文拟开展PWM非正弦激励下考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器建模相关研究。首... 详细信息

针对一种宽输入电压范围双向逆变电源,可采用磁集成方法提高其功率密度。与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、重量轻等优势,该文拟开展PWM非正弦激励下考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器建模相关研究。首先,基于Foster频变磁阻模型,提出一种考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器模型,通过全局优化算法计算模型参数;其次,针对级联H桥组合式DC-AC拓扑的典型工作点,分析了PWM非正弦激励的谐波特征,重点关注不同H桥之间各次谐波的相对相位关系,给出简化等效电路;最后搭建逆变电源试验平台,开展了稳态和动态试验,验证了模型的准确性。

关键词：立体卷铁心双重傅里叶分析漏电感频变特性磁路模型

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直流限流熔断器分断燃弧过程模型优化与验证

中国电机工程学报 2022年

作者：席泽文武瑾庄劲武刘路辉袁志方岳海波海军工程大学电气工程学院舰船综合电力技术国防科技重点试验室(海军工程大学)

为提高直流限流熔断器结构优化设计效率，针对直流熔断器燃弧模型，本论文提出了一种电弧电导率曲线的拟合方法，在此基础上对熔断器半经验燃弧模型进行优化，并进行试验验证。结果表明，电弧电导率与电弧功率密度具有一定映射关系，模... 详细信息

为提高直流限流熔断器结构优化设计效率，针对直流熔断器燃弧模型，本论文提出了一种电弧电导率曲线的拟合方法，在此基础上对熔断器半经验燃弧模型进行优化，并进行试验验证。结果表明，电弧电导率与电弧功率密度具有一定映射关系，模型在相近工况下、采用相同工艺制作的熔断器改变熔体结构时，仿真预期燃弧特性与试验结果一致性优良，弧压峰值误差小于1%。该方法及相关结论可用于在一定范围内指导熔断器的熔体结构设计及对熔断器燃弧过程中电弧特性进行研究，可有效提高燃弧模型预期分断特性的准确性，减少熔断器设计中试制、试验次数。

关键词：熔断器燃弧模型电弧电导率功率密度结构优化

考虑铁心非线性的三相立体卷铁心变压器建模及空载特性分析

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电工技术学报 2022年第9期37卷 2263-2274页

作者：杨北超范学鑫王瑞田张新生揭贵生海军工程大学舰船综合电力国防科技重点实验室武汉430033

与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、振动噪声低等优势,可应用于电力电子电能变换领域。为了提高系统整体功率密度,应尽可能提高变压器铁心工作磁通密度幅值,因此迫切需要准确评估立体卷铁心变压器在饱和边... 详细信息

与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、振动噪声低等优势,可应用于电力电子电能变换领域。为了提高系统整体功率密度,应尽可能提高变压器铁心工作磁通密度幅值,因此迫切需要准确评估立体卷铁心变压器在饱和边界状态的工作特性。该文主要研究考虑铁心非线性的三相立体卷铁心变压器建模。首先基于Jiles–Atherton(J-A)磁滞模型建立三相磁路模型;其次建立立体卷铁心变压器有限元(FEM)二维等效模型,相比三维FEM模型,可以缩短96.66%的仿真时间,减少92.93%的内存占用空间,在此基础上研究了非正弦激励下立体卷铁心变压器的工作特性;最后基于80kV·A立体卷铁心变压器样机建立试验平台,验证了本文模型的准确性,并分析了零序三次谐波对磁通密度幅值的影响。

关键词：立体卷铁心磁路模型有限元模型非正弦

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脱壳弹弹托分离的双目视觉测量

国防科技大学学报 2023年第1期45卷 150-156页

作者：李湘平鲁军勇张晓程龙李松乘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

脱壳弹的弹托分离过程对弹体的飞行稳定性和打击效能具有显著的影响。针对脱壳弹出膛后弹托相对弹体的六自由度运动过程,提出采用基于双目视觉原理的弹托分离角测量方法。通过在弹体表面和弹托表面设置标记点,采用图像处理和跟踪算法实... 详细信息

脱壳弹的弹托分离过程对弹体的飞行稳定性和打击效能具有显著的影响。针对脱壳弹出膛后弹托相对弹体的六自由度运动过程,提出采用基于双目视觉原理的弹托分离角测量方法。通过在弹体表面和弹托表面设置标记点,采用图像处理和跟踪算法实现对标记点的识别和跟踪。结合双目空间标定参数解算出标记点的空间位置,进而获得弹托相对弹体的分离角度,同时采用实验验证了上述测量方法的精度,其精度达到2%。以实验室进行的初速度1550 m/s和1750 m/s的脱壳弹射击试验为例,测量并分析了不同初速度下的弹托分离轨迹。结果表明:脱壳弹分离初速度越快,弹托分离轨迹越靠近弹体。

关键词：脱壳弹弹托分离双目视觉空间解算

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电磁轨道发射装置动态电感梯度分析

国防科技大学学报 2022年第3期44卷 156-163页

作者：翟小飞李鑫航刘华彭之然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

推导了导轨间磁场均匀分布和非均匀分布两种情况下电感梯度数学计算模型。引入了速度频率来模拟电枢发射过程速度趋肤效应,对导轨二维模型以及三维电磁场模型进行时谐仿真,并将获得的单位长度电感以及电感梯度,分别用于电气仿真系统中... 详细信息

推导了导轨间磁场均匀分布和非均匀分布两种情况下电感梯度数学计算模型。引入了速度频率来模拟电枢发射过程速度趋肤效应,对导轨二维模型以及三维电磁场模型进行时谐仿真,并将获得的单位长度电感以及电感梯度,分别用于电气仿真系统中电感和电枢推力的计算。电气仿真和试验结果表明,电流和出口速度误差均在2%以内,证明了动态电感梯度分析及参数提取方法的正确性和准确性。

关键词：电磁轨道发射装置动态电感梯度电流密度分布趋肤效应系统仿真