轻小型电磁发射脉冲电源电磁损耗分析与计算

补偿脉冲发电机(compensated pulsed alternator,CPA)是电磁发射系统最具有应用前景的轻小型高功率脉冲电源之一,由于其高峰值脉冲放电的特殊性,使得电机内部温升急剧,对永磁体的安全工作、电枢绝缘材料的绝缘性能以及其他子系统的正常运行都会带来极大的隐患。为此,针对所研究的外转子式永磁励磁CPA的特殊放电形式,首先分析了其电磁损耗的产生机理,并在ANSYS Electromagnetics Maxwell中建立了CPA的二维瞬态电磁损耗分析有限元模型;然后,为模型设置了简化的外部开关放电电路;最后,分别计算得到了CPA短路放电工况和单脉冲放电工况对应的铁芯损耗、补偿筒涡流损耗及电枢欧姆损耗,为后续的温度场分布有限元计算提供了精确全面的热源数据。     

永磁直线同步电机Halbach阵列电磁激振力建模

为实现永磁同步直线电机Halbach阵列电磁激振力的精确计算,首先建立了考虑边端效应的伪周期电磁场子域解析模型,对永磁阵列电磁特性进行精确刻画;然后,基于永磁体磁能分布原理修正相互作用磁能表征式,继而推导出基于局部虚功位移法永磁体电磁激振力计算公式;最后,通过有限元验证了永磁阵列电磁场模型,并通过堵驻推力试验间接验证了电磁激振力计算的精确性。     

基于Maxwell2D和Simplorer的永磁同步电机退磁模型设计

永磁体退磁故障是永磁电机的常见故障,对电机退磁故障进行早期检测和诊断可以有效防止灾难发生,具有重大意义。建立不均匀退磁故障状态下的Maxwell2D电机模型,利用仿真软件Maxwell2D与Simplorer构建永磁同步电机联合仿真系统,分别对电机的正常状态模型与退磁故障模型进行仿真,并对相电流信号进行分析。利用EMD-LSSVM变换建立的故障诊断模型对不同程度的退磁故障进行诊断。仿真结果表明:该模型可以精确地识别出微弱的退磁故障,验证了联合仿真退磁模型的正确性。     

旋转永磁式机械天线的研究与实现

为实现低频电磁发信系统的小型化和低功耗,对基于旋转永磁体的机械天线,即利用永磁体机械旋转直接激励电磁波的新型低频电磁发信技术进行了理论研究与工程实践。提出基于钕铁硼永磁体和永磁同步电机的旋转永磁式机械天线技术方案及其信息加载方法,构建基于电-机械-电磁能量转换的系统模型,对其辐射效率和辐射功率进行初步分析,研究旋转永磁体在不同无限均匀介质中产生时变磁场的分布与衰减特性,研制了原理样机,并对其近区磁场和2FSK信号的加载特性进行了实验测试,验证了该方案的可行性和有效性。     

圆筒永磁直线同步电机推力计算

针对轴向磁化圆筒永磁直线同步电机,提出了一种基于圆柱坐标的洛仑磁力体积分解析计算电磁推力的方法,并利用该解析法对无槽和有槽电机的电磁推力进行了较详尽的分析计算,得出了解析计算结果。然后,利用有限元分析法,对该计算结果进行了验证。两种计算结果完全一致,证实了该解析计算方法的正确性,该方法计算结果不受积分路径选择的影响,计算精度较高。     

圆筒直线感应电机电磁振动响应特性分析

针对某电磁发射用圆筒直线感应电机的电磁振动响应特性问题进行了分析。首先，建立了直线电机二维电磁场分层子域模型，通过涡流场有限元仿真验证了模型的精确性，并基于麦克斯韦张量法和洛伦兹力法推导了电磁激振力表达式，利用二维傅里叶分解得到定子电磁力时空分布特性；然后，基于有限元法构建了发射电机定子三维动力学模型，模态计算结果与试验吻合良好，采用有限元法进行电磁振动谐响应计算，结果有效性通过稳态动子堵驻通电试验得到了验证，证明了发射电机定子结构可以简化为理想薄壁圆柱壳，电磁振动响应主要由轴向呼吸模态决定；最后，基于简化模型对比分析了电磁振动响应影响因素，结果表明：电磁激振力径向分量和轴向分量均为结构响应的主要贡献源，而与电磁力波轴向模数呈负相关规律。     

动初级高速六相直线感应电机工作特性分析

为了准确刻画对象模型,采用一阶等效电路瞬态涡流分析法对动态边端效应影响下动初级高速六相直线感应电机的参数时变规律进行了定量计算,并通过感应涡流损耗推导得到考虑动态边端效应时电机的等效电路。基于此,通过电磁推力计算及效率评估对动态边端效应影响下电机的工作特性进行了详细分析。利用不同运行速度条件下的有限元仿真及动态实验验证了理论分析和推导的正确性。     

空心和Halbach永磁直线同步电机的牵引力和法向力分析

针对由空芯线圈和Halbach永磁结构组成的直线同步牵引电机,提出其牵引力和法向力的一种解析计算方法.首先从相同结构的旋转电机出发,推导得到其牵引力和法向力的解析计算公式;然后,将所得结果推广到直线电机结构,得到基于空芯线圈和Halbach永磁结构的直线同步电机牵引力和法向力的计算方法.所得解析解的有效性由有限元分析软件Ansoft Maxwell得到验证.此方法为基于空芯线圈和Halbach 永磁结构的直线同步电机的结构设计和性能分析提供了基础.     

永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻优化设计

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步优化电机的转矩特性,将永磁体应用在开关磁阻电机之中,设计了一台三相12/10极永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻电机。在分析该电机结构和工作原理的基础上,采用电机设计理论对该电机进行结构设计,并且采用有限元软件进行仿真。在瞬态场条件下验证了该模型的正确性,在稳态场条件下仿真得到电感特性曲线、磁链特性曲线和转矩特性曲线,建立了精确的非线性模型。仿真结果表明该电机的转矩特性得到了明显提高。最后,采用遗传算法对电机主要结构参数进行了多目标优化设计,进一步提高了该电机的平均转矩并降低其转矩脉动。     

小波分析在钢框架损伤识别中的应用研究

针对小波包能量谱损伤识别方法对结构激励源的依赖性,引入虚拟脉冲响应函数增强了小波包能量谱对激励的鲁棒性。为验证该方法对钢框架结构损伤识别的可行性和有效性,进行了3榀3跨钢框架3种工况下的模型对比试验,采用小波包能量谱损伤识别方法分析了不同实验工况下频响数据,识别结果符合损伤情况,验证了该方法的有效性。     

永磁直线同步电机矢量控制系统建模与实现

针对永磁直线同步电机(PMLSM)的特点,建立PMLSM在dq两相坐标系下的数学模型。介绍了永磁直线同步电机矢量控制系统并给出了硬件和软件的设计思想。通过对控制电流以及电机位置的实验分析,验证了所研究的基于矢量控制的永磁直线同步电机矢量控制方法的有效性。     

大功率密度舰船推进电机的隔振系统设计

针对新型舰船大功率密度推进电机低频隔振系统有限元实体建模计算代价大、结构尺寸不定等难题,以某新型推进电机隔振系统设计校核为背景,通过在有限元软件中建立隔振系统简化模型,分析了系统模态、船舶不同姿态下、主机不同工况下轴系对中校核。分析结果与理论模型的对比结果证明:基于有限元简化模型的船舶主机隔振系统研究方法简便可行,可为复杂隔振系统的设计及理论分析提供一种新的建模方法。     

基于双边LCCL结构的ICPT系统 水下适应性研究

为了研究海水环境对双边LCCL结构的感应式无线供电(ICPT)系统传输性能的影响,分析了双边LCCL谐振结构的工作原理及输出特性。从海水压力、线圈位置变化以及涡流损耗三个方面研究了海洋环境对系统传输性能的影响,给出了在线圈错位状态下线圈互感的计算方法,并引入修正系数对现有涡流损耗计算模型进行修正,使之更符合介质中实际的磁场分布。仿真和实验验证了该方法的正确性和可行性。     

永磁无刷直流直线电机齿槽力补偿控制研究

永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消除齿槽力的不良影响。利用有限元分析方法计算了电机的推力和齿槽力波形,验证了低速条件下推力波动主要由齿槽力引起,并说明可以通过位置反馈来补偿推力波动。最后,提出将一个齿槽力周期分为多个区间,然后分段进行线性补偿的简易控制方法。该方法无需高精度的定位装置和复杂的控制算法即可实现对电机齿槽力的补偿,实验结果表明,所提方法能够有效抑制电机的推力波动。     

水下结构声辐射FEM/BEM简化计算方法研究

为提高水下结构声辐射FEM/BEM方法的计算速度,首先以节点位移作为中间变量对湿表面处结构和流体的运动方程进行解耦;然后,采用单元的外法向矢量来表示相关系数,并简化了积分奇异性的处理;最后,以脉动球和水下加筋圆柱壳为算例进行了计算,计算结果、理论结果与试验结果吻合较好,由此验证了方法的有效性。     

空降车-气囊系统着地缓冲过程仿真分析

为了给空降车及其气囊的优化设计提供技术支持,采用有限元方法对空降车气囊缓冲过程进行仿真分析。计算了正常着地工况下的气囊缓冲过程,得到速度、加速度以及气囊内压等时间特性曲线。结果表明:空降车在该工况下着地速度小于3m/s,该气囊符合空降车着地的缓冲性能要求。车体加速度和冲击应力在误差许可范围内,验证了采用此种方法进行空降车气囊缓冲过程的虚拟测试是可行的。     

一种消除直线永磁无刷直流电机边端效应对换相时机影响的方法

电磁弹射用直线永磁无刷直流电机的永磁体动子具有开断结构,使动子边端的磁场分布发生变形。当采用霍尔元件检测磁场实现换相时,这种边端效应就会影响换相时机。分析了这类电机的换相机理和动子开断结构对换相时机的影响,指出这类边端效应受极弧系数影响显著,并提出了利用不对称滞环比较器或简易单限比较器对霍尔输出信号进行处理从而消除这类边端效应影响的方法,实验验证了简易单限比较器方案的可行性。     

基于敏感性分析和准稳态假设简化详细反应机理

发展了一套基于敏感性分析和准稳态假设来简化复杂化学动力学机理系统的方法。采用等压均相反应器燃烧模型和详细化学动力学机理计算特定工况下的自燃过程。通过对详细机理计算结果的敏感性分析后删除其中的冗余组分和冗余反应,简化得到基干反应模型。再找出基干机理中反应速率较快,浓度较低的组分假定为稳态组分,使用准稳态假设方法简化得到总包反应模型。最后以甲烷燃烧的GriMech1.2详细机理为例分析得到了简化机理并计算了着火延迟时间,与详细机理所得的结果进行比较验证,得到了较好的结果。     

基于DSP和FPGA的载波移相脉冲生成方法

在研究了三电平全桥变流器工作原理和载波移相原理的基础上,设计生成了基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的载波移相PWM脉冲,用于驱动变流器工作。重点介绍了由DSP和FPGA生成载波移相PWM脉冲的基本原理、系统构成及实现方法,其核心思想是FPGA通过数据地址总线接收DSP输出的移相角与FPGA内部生成的三角波进行二逻辑比较,从而产生移相角可变的PWM脉冲,以满足变流器全工况范围实时控制的需要。通过优化设计,使DSP和FPGA各自的优势得以有效利用。仿真分析表明:该方法计算速度快、控制精度高,同时具有扩展性好、可靠性高等优点。实验结果与仿真结果吻合,验证了该方法的上述优点。     

船海复合场景面元化快速电磁建模方法及SAR成像仿真

在微波高频段,海面背景或海上船类目标往往具有电大尺寸和复杂精细的结构,这给船海复合场景的电磁建模带来巨大的计算负担。为简化计算,基于海面电磁散射模型面元化思想和图形电磁学,结合计算耦合场的四路径模型,提出一种电大尺寸船海复合场景电磁散射的快速计算方法。在保证海面与目标复合散射场的计算准确性前提下,提高计算效率。仿真并分析不同雷达参数下动态海面与目标的雷达散射截面,计算结果与实测数据以及精确数值方法结果的良好一致性验证了方法的准确性。将复合散射快速计算方法应用于合成孔径雷达成像仿真,仿真结果验证了方法的有效性。