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关键词： 射频识别(RFID)   电子标签   重构天线   微动开关  

摘要： 熔断器作为地铁整流柜中常见的电气设备保护元件,其熔断状态主要通过微动开关以有线的方式进行监测。然而在复杂的地铁运行环境中存在接线困难的问题,因此使用射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification),将信号以无线的方式传输,减轻繁杂接线对设备的负担。本文以地铁熔断器作为研究对象,设计能够反映熔断器状态的RFID标签,实现熔断器状态的无线监测与传输。本文主要内容如下: 首先,根据RFID系统无线传输的优点结合现行熔断器监测方式,提出了一种基于RFID标签的无线熔断器状态监测方案。同时,根据方案中不同的使用需求明确了标签天线的设计要求,选取了合适的标签芯片并通过仿真得到其阻抗值,为下文标签天线的设计提供依据。 其次,针对地铁部分熔断器安装空间狭窄,状态监测标签尺寸需要小于熔断器尺寸的问题,通过弯折线技术与感性馈电环结构设计了小型化标签天线。为了探究标签天线加入开关监测熔断器状态的可行性,对小型化天线结构进行了改进,分别在天线主辐射体、感性馈电环上加入开关,并对其性能和监测能力进行分析。最终结合可重构天线思想与天线开关控制逻辑,设计了一种频率可重构的小型化标签天线,该天线可在0.62～1.3GHz、1.51～2.15GHz两个频率段切换,能够通过读写器实时监测标签和熔断器状态。最终天线尺寸为65mm×25mm×1.6mm,在超高频段的带宽为0.68GHz,可用于狭窄空间的熔断器状态监测。 再次,针对地铁熔断器周围金属环境影响标签天线性能的问题,以微带贴片天线为基础设计了抗金属标签天线,然而在抗金属标签天线的馈电线中直接加入开关模块不能准确监测熔断器状态。因此,将频率可重构天线思想与微带天线结合,设计了一种频率可重构的抗金属标签天线,能够在金属环境中通过读写器实时监测标签状态和熔断器状态。该标签在金属环境中频率仅偏移0.012GHz,仍工作于超高频段,带宽为0.1GHz,标签天线整体性能受金属环境影响较小,能够在金属干扰环境下正确监测熔断器状态。 最后,制作了RFID标签实物,并设计了能搭载状态监测标签的微动开关。同时,基于虚拟仪器软件开发环境设计了熔断器状态监测系统。通过读写器对标签实物进行距离测试,结果表明频率可重构小型化标签的读写距离为2.34m,频率可重构抗金属标签在金属环境下的读写距离为2.10m,均满足设计要求中1.5m的读写距离,可分别应用于狭窄空间和金属环境下的熔断器状态无线监测。

关键词： 集成功率放大器   限流保护   有限元仿真   热阻   可靠性  

摘要： 随着我国从电子元器件消费生产大国逐渐向设计研发强国转变,国产电子元器件研究制造也逐步向着高质量与高性能的方向发展。而作为电子通讯领域中驱动电路的核心器件,国产集成功率运算放大器在小型化、智能化、高可靠性的产品需求下面临着重大挑战,在研发初始阶段常出现在恶劣环境工作下失效率高、产品中智能保护电路触发不灵敏甚至缺乏保护设计功能等可靠性问题。因此本文针对以上研究背景,选择一款国产集成功率运算放大器为研究对象,围绕产品的可靠性问题,设计了限流保护功能并进行了实验测试,研究了电-热-力耦合仿真分析与封装热阻优化。主要内容如下:(1)功率运算放大器的限流保护设计针对国产集成功率放大器的易发生过电应力失效问题,结合器件内部功率芯片电路与封装结构,设计了限流保护功能。其中理论部分首先设计了限流保护电路,根据运放电路的结构与限流模块的实现形式设计了检验电阻。而检验电阻的设计主要基于ANSYS Q3D Extractor软件,通过理论计算得到检验电阻值与检验电阻模型的有效长度,利用Q3D软件可以提取微小尺寸RLCG参数的特点,设计出符合设计要求检验电阻模型,并通过Cadence仿真验证了限流保护设计的有效性。实验验证部分主要针对实现限流保护设计的功率放大器制造样品,搭建限流保护验证测试平台。将不含限流保护设计与含有限流保护设计的器件进行测试对比,结果显示在一定施加功耗范围内,实现限流保护设计的样品在输出电流达到6A时便保持不变,且通过实验数据统计分析,相对于理论设计值,样品中最大误差为0.5%。实验结束后将不含限流保护设计的器件进行失效分析,分析结果显示不含限流保护设计在负载时芯片电源端与输出端产生过电应力失效。(2)电-热-力耦合仿真分析基于ANSYS有限元仿真软件,利用电路原理与Q3D Extractor软件计算芯片端口等效电导率,建立功率放大器电-热-力耦合稳态仿真模型。通过逐步增加功耗,对比限流保护设计前后的两个功率放大器仿真模型,结果显示:实现限流保护设计的模型输出端电流密度小于不含限流保护设计的器件,当输出电流最大时芯片最高温度低于不含限流保护模型约10℃,此刻不含限流保护设计芯片电源端附近与输出端的键合引线应力应变远大于含有限流保护设计的模型。电-热-力耦合仿真模型不但从多物理场分析了限流保护设计的特性,且为此类功率运算放大器失效分析提供了理论指导。(3)功率放大器封装热阻优化基于完成限流保护设计的功率运算放大器的封装结构,利用Icepak热仿真软件,通过正交实验与响应面优化方法对功率放大器封装中的芯片衬底厚度、芯片间距、焊料层厚度、焊料层面积、焊料层材料、散热基片厚度与散热基片材料7种影响封装热性能因素进行优化设计,优化结果使功率放大器的封装结壳热阻从1.53℃/W降低至1.012℃/W,大幅度的提高了功率放大器封装散热性能。本文通过上述对功率放大器的可靠性设计与仿真分析与优化,使产品避免了因负载短路或接入异常电压造成的过电应力失效问题;分析了多物理场耦合作用下的失效机理;对功率放大器的封装热性能进行结构与材料优化设计,提高了功率放大器的可靠性。

摘要： 在第31届上海国际电力设备及技术展览会上，施耐德电气发布了全新一代空气断路器系列产品。新品在安全稳定、便捷运维、互联互通及绿色低碳方面全新升级，实现了能源电力低压设备在质量和智能方向的双重突破。在数字化与低碳的双转型背景下，为了保障电力系统能够连续可靠运作，各行业用户的配电系统均面临着“繁”琐异常的重重挑战。因此，如何利用创新技术，来确保每一个关键装置的高效可靠、简易运维，成了促成企业安全、低碳、高效生产的重要一环。

关键词： 交流接触器   磁控形状记忆合金(MSMA)   结构设计   有限元仿真分析   实验研究  

摘要： 交流接触器作为广泛使用的电器控制设备对电力、石油、化工、自动化及航空航天等领域有着重要意义,然而传统机械式接触器响应慢、能耗高、机械震颤大的缺陷大大降低了电力系统的可靠性,现有接触器也尚存各种不足。基于磁控形状记忆合金(MSMA)材料在驱动器领域表现出的优良特性,本文提出一种MSMA驱动的交流接触器,围绕其结构设计、理论建模与实验测试开展相关研究。研究内容如下: (1)基于MSMA材料的微观结构和形变机理,搭建了实验平台对MSMA样品进行特性测试。给出了接触器驱动机构、回复机构的相关计算公式和设计原则,并通过有限元仿真验证了设计的可靠性。对接触器触头系统进行了触头结构的设计并计算得到触头耐压值验证了触头开距设计的可行性。最后给出了MSMA交流接触器结构模型,并对其工作原理及特点进行了说明。 (2)基于MSMA再取向应变的演化和控制再取向或畴壁运动过程激活的函数假设推导了 MSMA本构模型,模型仿真结果表明三角硬化函数下的本构模型准确度较高。基于本构模型、分合闸系统力学等效模型以及电磁关系表达式搭建了分合闸系统的动态特性仿真模型,仿真结果表明所设计的MSMA交流接触器能够实现快速分合闸动作,验证了接触器设计的可行性。 (3)加工制作了 MSMA交流接触器样机并搭建实验平台对MSMA交流接触器和传统机械式交流接触器的分合闸响应时间、触头弹跳特性、动触头位移曲线进行了对比实验,实验结果表明相较于机械式交流接触器,MSMA交流接触器合闸响应时间更短,仅为9.8ms,分合闸过程动触头位移曲线平稳无振荡,触头闭合过程无弹跳现象,单个工作周期内能耗降低96%以上。 为解决传统交流接触器存在的响应慢、机械震颤大、能耗高等问题,本文设计并测试了一种新型MSMA交流接触器,为MSMA在低压开关领域的应用研究提供了理论和实验基础。

关键词： 协作记忆   学习程度判断   反馈   元认知监测  

摘要： 协作记忆(collaborative memory)是群体成员共享的记忆。学习程度判断(judgment of learning,简称JOL)是对最近已经学习的项目在未来测试中的一种预测,是元认知监控的重要组成部分。协作记忆中既有协作促进效应也有协作抑制效应,协作抑制指协作组的回忆成绩低于名义组的回忆成绩之和,协作促进指协作组的回忆成绩高于名义组的回忆成绩之和。以往关于协作记忆的研究较少与元认知监控联系起来,也很少以高中学生为研究对象。本研究以高中三个年级的学生为被试,将协作记忆和学习程度判断的实验范式结合起来,探索高中生协作记忆中学习程度判断的特点。本研究包含两个实验,实验1探讨协作记忆中学习程度判断的发展特点,以高中三个年级学生为被试,采用2组别(协作组、名义组)×3年级(高一、高二、高三)的两因素被试间设计,因变量为JOL值和回忆成绩。利用协作记忆的经典范式,在记忆过程中请被试进行逐项JOL和总项JOL,以40个无关联的高频汉语词汇为学习材料,并在随后的测试中回忆。结果发现,高中生协作记忆中和个体记忆中逐项学习程度判断绝对准确性发展的特点不同:协作记忆中逐项学习程度判断绝对准确性高一和高二之间无差异,但到了高三显著提高;个体记忆中逐项学习程度判断绝对准确性由高一到高二到达高峰,高二和高三之间无差异。与个体记忆相比,协作记忆中高一、高二、高三三个年级的逐项学习程度判断绝对准确性均出现了高估,高估量最高的是高二,其次是高三,最低的是高一。高中生协作记忆中和个体记忆中总项学习程度判断绝对准确性发展的特点不同:协作记忆中高中三个年级无差异;个体记忆中总项学习程度判断绝对准确性由高一到高二升高,由高二到高三降低,高二估计得是最准确的,高一和高三无差异。高中三个年级协作记忆中和个体记忆中总项学习程度判断绝对准确性均无差异。在实验1的基础上,实验2探讨反馈对协作记忆中学习程度判断的影响,同样以高中三个年级学生为被试,采用2组别(有反馈组、无反馈组)×3年级(高一、高二、高三)的两因素被试间设计,将反馈干预插入第一、二轮“识记-学习程度判断-干扰-回忆”之间,探究反馈对学习程度判断绝对准确性的影响。结果发现,反馈干预对高中三个年级学生逐项学习程度判断的绝对准确性没有影响。反馈干预提高了高中三个年级学生总项学习程度判断的绝对准确性,其中对高三年级的反馈作用是最大的。综合实验1和实验2研究结果发现,对协作的预期会使高中生在逐项JOL中高估自己和组员的回忆成绩,高估量最大的是高二,其次是高一,最后是高三。但总项JOL相对准确。反馈干预可以提高协作记忆中总项JOL绝对准确性,使高中生在第二轮学习中做出更准确的学习程度判断,但不能提高协作记忆中逐项JOL绝对准确性。

关键词： 喷射式熔断器   燃弧特性   瞬态动力学   模态分析   暂态特性  

摘要： 随着我国综合国力的日益强盛,中国电力行业的迅速发展,我国电力系统的发展已经逐渐步入特高压和智能化阶段。喷射式熔断器是10k V配电系统中应用最广泛的短路保护装置,熔断器能在规定的时间内切断电源,对配电系统进行保护。但由于熔断器在故障电流的作用下,熔管内产生的高气压会导致开断失败,甚至是在强大的冲击力作用下造成结构损坏,影响电力设备的正常运行,因此研究其开断特性和动力学特性对熔断器的安全可靠运行就具有重要意义。 本课题依托国家电网辽宁省电力有限公司电力科学研究院科技项目,“10k V喷射式熔断器开断特性研究与应用”,以10k V喷射式熔断器为研究对象,首先建立喷射式熔断器电弧数学模型,对不同开断电流、不同电弧缩短杆长度和四种不同载熔件内径与熔丝规格在不同工况燃弧过程压强变化情况进行对比分析;然后根据压强计算结果对熔断器动力学进行仿真,探明不同工况下熔断器关键构件应力分布情况,并对其进行模态计算和疲劳寿命计算,根据仿真结果确定最优方案;最后根据所选熔断器最优方案,计算在10k V配电网中常见的三种故障类型下熔断器端口TRV的暂态特性,并对不同位置过电压进行仿真计算,确定熔断器的选型是否符合国际标准规定。 计算结果表明: 在燃弧特性仿真计算中,开断电流越大压强越大;在开断电流工况相同时,随着电弧缩短杆长度变长压强逐渐减小;四种不同组合方案中,方案四压强最小。在动力学仿真计算中根据整体应力分析结果,熔断器结构中易受损构件出现在触头片、弹簧和下支撑件;通过对关键部件细化分析发现,开断电流大小对关键部件最大应力影响较大,开断电流越大,最大应力值越大;随着电弧缩短杆长度变长,最大应力值变小;在四种方案中,方案四为熔断器最优方案,应力最小;最后对所选方案四在配电网中不同故障类型进行仿真计算,其TRV均满足国际标准TRV范围,在不同位置的过电压最大幅值均满足绝缘裕度要求。研究计算结果可以为熔断器选型提供理论参考。

关键词： 交流接触器   寿命预测   特征选择   卷积神经网络   门控循环单元  

摘要： 交流接触器主要负责大电流主回路的频繁通断,在低压电气控制中应用广泛。随着在线监测技术不断成熟,交流接触器智能化发展趋势愈发明显。通过对交流接触器运行参数在线采集分析,能够给设备检修提供科学依据。交流接触器剩余电寿命反映线路通断性能,若能在失效前及时预测,能够提高电力系统的可靠性,减少经济损失。 本文在特征提取和筛选的基础上,从传统机器学习和深度学习两个角度对交流接触器剩余电寿命预测进行建模分析,分别建立基于GA-SVR的交流接触器剩余电寿命预测模型和基于数据增强CNN-GRU的交流接触器剩余电寿命预测模型。 首先,对试验样品CJX2-80型号交流接触器的基本构造、工作原理和失效机理进行分析,结合AC-4国家标准搭建交流接触器全寿命试验平台。通过对试验平台进行硬件设计和软件设计,实现高精度自动采集交流接触器运行过程中的电压电流信号。 其次,对交流接触器全寿命试验平台提取的电压电流波形进行分析,结合失效判定标准进行检验,从中提取出多个反映交流接触器退化状态的特征参量。同时对特征参数进行双重特征筛选,采用NCA算法计算特征参数对剩余电寿命的重要度,并利用MIC算法计算特征参数之间的相关性,有效去除重要度较低且高度冗余的特征参数,构建最优特征子集。 然后,从传统机器学习的角度建立GA-SVR的交流接触器剩余电寿命预测模型。通过GA对SVR中的惩罚因子和径向基核函数进行寻优,得到最优参数模型,同时计算在不同数据量样本下的预测准确率,检验模型对数据的敏感度。GA-SVR模型有效准确率较高,在交流接触器剩余电寿命小样本预测领域具有较高的实际应用价值。 最后,从深度学习的角度建立基于数据增强CNN-GRU的交流接触器剩余电寿命预测模型。通过将交流接触器最优特征子集进行时序增强,强化前后状态的关联性。利用卷积神经网络CNN对数据增强后的高维特征矩阵进行卷积计算,深度挖掘高维特征规律,提取特征向量,并压缩特征维度。提取的特征向量延展后输入GRU神经网络,GRU神经网络充分考虑状态前后的关联性,捕捉序列长时间步依赖关系,对长时间历史特征信息进行记忆,通过全连接层输出预测结果,实现交流接触器剩余电寿命的精准预测。

标准号: GB/T 15166.5-2022

摘要： 本文件规定了用于电动机回路的高压熔断器的熔断件的技术要求、型式试验、提供给用户的信息等内容。本文件主要适用于3 kV及以上、50 Hz交流系统中直接起动的电动机使用的熔断器的熔断件。

标准号: GB 21518-2022

摘要： 本文件规定了交流接触器（以下简称接触器）的能效等级、能效限定值、抽样、试验和计算方法。本文件适用于额定频率为50 Hz、主电路额定工作电压为1000 V及以下，额定工作电流为6 A~630 A，接触器的额定控制电源电压为交流400 V及以下，使用类别为AC-3的三极机电式、直动式的整体式接触器。本文件不适用于外加节电装置、家用和类似用途的接触器及半导体接触器（固态接触器）。

关键词： 功率放大   音频   直流稳压电源   LM324AD   LM386   Multisim  

摘要： 为了解决市场上音频设备存在的噪音多、增益不可调等问题,本文设计了一款音频功率放大电路。该电路由前置放大电路、功率放大电路两级放大电路以及滑动变阻器构成,其中,前置放大电路通过芯片LM324AD与外围电阻连接成同相比例运算放大电路;功率放大电路采用芯片LM386以及外围电阻、电容进行功率放大,而两级放大电路之间通过滑动变阻器实现增益调节。为了验证该电路的性能,采用Multisim仿真软件进行了信号测试。结果表明,该功率放大器具有较低的失真度且能够实现根据需求调节放大电路的增益,从而降低可输出的噪音干扰,提高音频播放质量。该放大器整体设计比较简单,成本较低,具有实际推广应用价值。