未来能量互联的关键设备——固态变压器

固态变压器作为能源互联网中实现能量转换和控制的关键设备,有很多方面需要进行深入研究,文章结合固态变压器的自身特点,对其主要发展的核心技术,包括基于SiC新型宽禁带材料的研制、基于SiC的固态功率器件和固态变压器设计与实现、固态变压器的先进控制策略研究等进行了详细阐述。     

带点缺陷的一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式

在基于亥姆霍兹共振腔的一维声子晶体中引入点缺陷会在原有局域共振型声禁带内产生缺陷模式。采用传递矩阵法和有限元法分析了缺陷模式随缺陷单元几何尺寸变化关系和声子晶体中声场分布情况。结果表明,随着缺陷单元与完美单元之间耦合程度的增强,缺陷模式从局域共振型禁带中完美单元共振频率处向禁带边缘移动。同时,缺陷模式的存在使得结构中出现了能量局域化的现象。本工作对设计新型声滤波器、能量集中装置具有一定的理论意义。     

空气中正方形排列的大声阻抗柱体阵列的声波禁带

采用平面波展开法,分析了一类声阻抗较大的圆柱体正方形周期排列在空气中形成的二维声子晶体声波禁带。数值计算结果表明,在柱体声阻抗远大于基体的条件下,声波禁带与柱体材料及其是否空心无关,而与柱体半径和晶格常数有关。     

装备外壳结构周期设计及其振动特性

将声子晶体能带理论应用于装备外壳结构设计,把装备外壳圆柱壳段设计成周期结构。基于多子结构的双协调自由界面模态综合法,计算并对比了周期圆柱壳与非周期圆柱壳对弯曲振动的衰减特性。结果表明,周期圆柱壳中有弯曲振动强衰减带隙存在,而非周期结构中则没有带隙存在。进一步研究了轴向周期复合夹层材料圆柱壳的弯曲振动特性。同样,该周期复合夹层结构中依然有弯曲振动带隙存在,且在带隙频率范围内弯曲振动传播将受到明显的抑制。最后,考虑实际装备外壳形状,研究了含周期结构圆柱段的复杂装备外壳振动特性。研究表明,经过局部周期设计的复杂装备外壳保持了带隙特性,这说明了将能带理论应用于工程实际装备外壳的振动控制具有可行性。     

二维周期钢管阵列带隙特性计算中的时域有限差分算法

通过选取合适的离散时间间隔,解决了大密度、弹性常数差界面上时域有限差分(FDTD)算法的不稳定现象。进而采用改进的O(2,4)精度FDTD算法,计算了由空气中二维周期钢管正方阵列组成的晶格常数为103mm的声子晶体的Г Х方向禁带,计算结果与测试结果吻合较好。     

二维正方点阵液态声子晶体的带隙计算

介绍了计算二维正方点阵液态声子晶体带隙的PWM法。在四氯化碳/水银复合体系中发现了完全带隙,当四氯化碳填充分数为约22%时带隙宽度达到最大值。研究了三种不同截面形状的填充物,其中,圆形截面填充物体系比方形截面及其45°旋转的体系更有利于产生宽带隙。对圆形截面填充物体系,当填充分数为f=0 229时有最宽带隙ΔΩ=0 5497。将填充物和基体交换,即水银/四氯化化碳复合体系中,所得到的带隙宽度显著减小。