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ISBN: (纸本)9787560661551

关键词： 交流牵引电机   电磁场   多物理场耦合   转子优化   控制器优化  

摘要： 交流牵引电机(AC Traction Motor)是一种结构相对简单,体积较小,调速范围大,功率密度大,可靠性高,控制策略简单的电机。基于以上的诸多优点,交流牵引电机广泛被运用于城市轨道交通机车上。对于交流牵引驱动系统本身来说,满足基本的电磁性能是电机设计的前提,同时还需要对其温升进行控制。为兼顾交流牵引电机驱动系统的综合性能要求,本文将运用有限元方法,从多物理场角度对交流牵引电机驱动系统进行全面分析,这一工作将对交流牵引电机驱动系统的设计具有十分重要的意义。本文所研究的交流牵引电机驱动系统主要是运用在城市轨道交通系统中,为满足城市轨道交通的正常的运行,需要该驱动系统的电机具有较高的综合性能,因此,本文的研究重点围绕交流牵引电机的电磁性能及控制器的散热系统进行优化设计。针对城市轨道交通用交流牵引电机的结构特点和要求,运用电机耦合数值算法进行分析,结合具体的工程实例对交流牵引电机进行初步的结构参数确定,并建立了交流牵引电机二维有限元模型。然后对电机多物理场进行理论分析,分析了交流牵引电机额定电压、欠电压、过电压状态下的转矩和电流特性曲线。然后通过对不同电机转子槽型尺寸下的仿真实验,得到了电机槽型尺寸参数同电机效率的关系,并运用响应面法进行分析,通过拟合函数的办法,对电机转子参数进行了优化。结果表明,优化后的转子结构大大提升了电机的效率喝功率因数。对于电机驱动系统来说,控制器的散热功能好坏直接影响其整体性能,所以对控制器的性能优化分析必不可少。针对电机控制器的散热问题,首先分析其内部的散热情况,然后建立热流耦合温升模型,分别详细分析散热筋水道数、入口流速、散热筋高度的温升分布规律。考虑到散热筋水道数、入口流速、散热筋高度对整车性能的综合影响,最后确定三者的参数范围,分析此时的电机控制器综合温升情况。通过多物理场综合分析与优化,获得控制器散热器参数,制作出控制器散热器样机,并设计相关性能测试的方法,搭建散热器的实验平台,实测得到实验数据,进一步对比实验数据与仿真数据计算结果,验证该耦合仿真分析方法的有效性。

关键词： 拉丝模具   小孔径   CVD金刚石涂层   电磁场   温度场   偏压增强  

摘要： 传统的热丝化学气相沉积由于工艺的限制无法应用于小孔径(定径区直径小于3mm)拉丝模具金刚石涂层的制备,因此国内学者对传统热丝化学气相沉积工艺进行改进,提出了不同的布丝工艺并进行了相关研究,但结果并不理想。本文在此基础上对不穿丝工艺进行了改进,并结合了仿真以及实验两种手段对该工艺进行了深入研究,主要的研究内容以及成果如下:(1)提出了以电子束代替热丝的方案解决了衬底表面活性基团以及氢原子不足的问题,建立了三维仿真模型并使用电磁场专用仿真软件CST进行了粒子轨迹追踪仿真,确定了线圈、发射极和阳极等组件的相关参数对电子束轨迹以及能量的影响规律。(2)提出了上侧弯丝,下侧双直丝的布丝方案并对该方案进行了温度场的仿真模拟。首先通过多物理场仿真软件Comsol Multiphysics对四种不同的布丝方案进行了仿真分析,确定了上侧弯丝,下侧双直丝的布丝方案具有更加均匀的径向温度分布以及更小的轴向温差。然后设计了L(3)的正交实验,以各热丝直径以及热丝到模具端面的距离为因子对热丝工艺参数进行了仿真分析,确定了最优的一组工艺参数。(3)以电磁场以及温度场的仿真参数为基础,以电磁场的强弱为单因素设计了三组实验,并在2mm的小孔径拉丝模具内表面进行了实际的金刚石沉积实验。通过实验得到如下结论:(1)使用热电偶进行了测温验证,结果表明实际与仿真的误差仅为1.14%,证明了温度场仿真的可靠性;(2)随着电磁场的增大,沉积出的金刚石成分越纯、膜厚更加均匀、尺寸越大。(4)为进一步提高金刚石涂层质量和厚度,在上述实验的基础上在模具与热丝之间施加直流负偏压,并以-50V、-100V和-150V三种偏压大小进行单因素实验。实验结果表明,随着偏压的增大,金刚石涂层非晶碳含量有所提高,且由(100)晶面转变为沿(111)晶面生长,晶粒尺寸随之减小,沉积速率随之增大,同时涂层与衬底结合强度也更高。

关键词： 感应电机   斜槽   横向电流   损耗   转矩  

摘要： 感应电机作为工业生产的主要用电设备,其性能对工业的发展具有重要的意义。通常中小型电机多应用感应电机,通过转子斜槽的结构达到抑制寄生转矩、电磁振动和噪声等目的。然而,斜槽结构会加剧转子导条间的横向漏电流,对感应电机的启动性能以及电机效率具有不利影响。因此,斜槽感应电机中横向漏电流的研究,对分析感应电机性能及提高电机效率有重要意义。本文主要研究横向电流对单斜槽感应电机性能的影响。通过对两种实验测量方法进行对比,选择采用完整鼠笼法测量感应电机转子中横向电阻值。针对横向电阻值数值较小问题,通过两种测量仪器结果进行对比的方式减小测量误差,同时根据转子回路及测量结果搭建转子虚拟电路,并对不同类型的电阻值变化对测量结果的灵敏度做出分析。针对1.1kW鼠笼型感应电机转子结构,考虑横向电阻回路建立转子等效电路,将单位轴向长度电机认定为单元电机。通过对相邻单元电机中端环损耗的计算,进而求解横向漏电流损耗,对电机整体而言,通过对单元电机中横向损耗沿轴向积分求得电机整体的横向损耗值。总结单斜槽感应电机中横向漏电流在转子表面的分布规律后,依据转子解析方程中单元电机概念,提出一种能计及横向漏电流的二维有限元模型,并对修改后电机有限元模型进行空载谐波分析。利用转子解析方程中单元电机概念,通过耦合二维电磁场,在转子内建立过渡层的方式,于二维有限元仿真中考虑横向漏电流,并利用多截面有限元的方法等效斜槽感应电机,通过此模型预测感应电机中横向漏电流对电机性能的影响。将Y802-2感应电机模型仿真结果,与三维有限元的横向损耗值进行对比,验证模型的可行性与有效性,同时利用此模型分析横向电阻值对电机的启动转矩特性影响,最后分析了槽型变化时横向漏电流对电机转矩的影响。本文为探究横向漏电流对电机性能的影响提供了参考。

ISBN: (纸本)9787111675341

关键词： 人工触发闪电   雷电流   电磁场   空中引雷  

摘要： 雷电具有长距离、大电流、强电磁辐射的特征,会严重威胁输电线路和电力系统及控制系统的运行,甚至影响到人类生命安全。研究雷电的放电过程,可指导防雷工作的开展。本文采用火箭引雷技术,连续两年在广州从化开展人工触发闪电实验,积累了丰富的与雷电相关的光、电、磁多参量观测资料。通过同步测量的电流和电场变化,人工触发闪电有无回击的初始阶段的放电参数具有明显的差异。在没有回击过程的初始阶段,初始电流变化存在明显的静默期,静默期之后的重建电流脉冲具有相对较大的幅度（1237A）和快速的上升时间（0.7μs）,类似于回击电流。而对于具有回击的初始阶段的初始电流变化,没有电流静默期的产生,等离子通道重建过程的电流脉冲类似于M分量,具有较小的幅度（172.8A）,以及缓慢的上升时间（57.0μs）。初始阶段放电越强,通常会伴随着回击。人工触发闪电平均回击数为5.6。与自然雷电的后续回击相比,本文中的回击表现出更短的上升时间（0.6μs）和更大的峰值电流（16.4k A）,且第一次回击通常比随后的回击具有更大的雷电流幅度和较慢的上升沿。回击的峰值电流与1ms电荷转移量和1ms作用积分均表现出很强的幂函数相关性,与回击电场的初始电场峰值和回击幅度之间均表现出一定的线性相关性,与先导磁场、回击磁场和总磁场峰值均呈现线性关系。随着距离的增加,磁场峰值减小,对不同距离的所有磁场峰值的分析表明与r-0.90呈线性关系。磁场的上升时间10-90%随距离的增加而增加,并且与ln（r）呈线性关系。连续电流是发生在回击之后的电流过程,其放电通道含有几十到几百安培、甚至k A量级的电流,持续时间约为几十到几百毫秒。根据连续电流的持续时间,可分为小于10ms和大于10ms连续电流两类,并呈现出各种不同的波形。发生在连续电流过程中的脉冲扰动称为M分量。M分量的电流幅值小于回击电流脉冲,其几何平均值为401.5A,10-90%上升时间和半峰值宽度大于回击电流脉冲,其几何平均值分别为120.8μs和204.2μs,与初始连续电流脉冲非常类似。空中引雷与传统引雷相比,主要区别在于小火箭尾部的金属线不直接与引雷针相连接。在双向先导-小回击过程,电场正向且缓慢变化,主要上行正先导的影响。当光脉冲（或反冲流光）进入弱化的放电通道并使其重新发光时,会产生初始电流脉冲或M分量。在先导-回击阶段,先导电场变化波形的类型是不同分支共同作用的结果。慢前沿的形成机制可能与附着过程有关,在此阶段,上、下先导的延伸等离子体通道相互接触,而多个放电通道可能会影响回击慢前沿的电场变化。

关键词： 质谱分析法   电磁场   腈类   氟   茶叶  

摘要： 目的 建立一种UPLC-四极杆-静电场/轨道阱质谱仪(U PLC-Q-Exactive)快速筛查茶叶中氟虫腈及其代谢物.方法 将茶叶样品均质后,加乙腈超声提取,再加NaCl、无水Na2 SO4除水,最后加N-丙基乙二胺(PSA)粉末、C18粉末以及Na2 SO4去除杂质、净化样品.选用Thermo Syncronis C18柱(100 mm×2.1 mm,1.7μm)色谱柱对待测物进行色谱分离,分别采用一级全扫(Full MS/t-SIM)及二级平行监测(PRM)扫描模式进行定量定性分析.结果 氟虫腈及其代谢物在0.1～2.0μg/L线性范围内线性良好,其平均回收率和相对偏差为90.2％ ～106.7％ 和2.035％ ～5.438％(Full MS/t-SIM),92.0％ ～103.2％ 和1.075％ ～5.930％(PRM).结论 本方法操作简便、快速、重现性好、稳定性好、灵敏度高,适用于高通量茶叶中氟虫腈及其代谢物的快速定性定量筛查.

关键词： 交变电磁场   射频电磁场   循环冷却水   阻垢率   碳酸钙  

摘要： 工业循环冷却水多为硬水,使用过程中会产生水垢问题,物理阻垢技术中电磁场技术被广泛应用于循环冷却水阻垢。但是到目前为止,电磁场对硬水的阻垢机理尚未被完全掌握。本文研究的主要目的为:一、探究高压交变电磁场与水质在阻垢效果中的关系;二、对比射频电磁场和高压交变电磁场阻垢效果。试图探究不同水质下交变电磁场阻垢规律。采用自制的“工业循环冷却水实验台”和“电磁场阻垢处理器”进行了电磁场阻垢处理实验。配制了四种实验用水,其中,钙离子浓度为12mmol/L,镁离子浓度分别为:0mmol/L、2mmol/L、4mmol/L、6mmol/L。在四种水质条件的基础上,采用频率50赫兹交变电磁场和频率为13.56MHz的射频电磁场对循环水进行处理,交变电磁场电压参数分别是:4k V、5k V和6k V,射频电磁场的功率为200W。每次实验运行12h,在这期间循环冷却水水质指标每2h采集检测一次。污垢热阻和阻垢率由电脑实时采集并计算,采样频率为6次/分钟。实验运行结束后,采集附着在换热器铜管内壁上的附着垢和集水箱中的脱出垢样本,烘干储存后进行X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析。实验结果显示:首先,水质是影响电磁场阻垢效果的重要因素。在不同的水质条件下同一电磁场的阻垢效果有很大差异,如电压都为4k V时的交变电磁场实验,镁离子浓度为2mmol/L和4mmol/L时阻垢率分别为-297.38%和59.11%,效果截然相反。其次,交变电磁场和射频电磁场的阻垢效果与水中镁离子浓度呈非线性关系。交变电磁场实验中,在同一个电压下其平均热阻阻垢率的变化与镁离子浓度没有明显的线性关系。在射频电磁场中,频率和功率都固定的情况下,平均热阻阻垢率并不是随镁离子浓度升高而升高。两种电磁场实验都只在特定的实验条件下才能达到较好的阻垢效果。最后,交变电磁场的作用效果要强于射频电磁场。交变电磁场的最佳阻垢条件为4#号实验的4k V电压、镁离子浓度为6mmol/L时,平均热阻阻垢率为59.11%。射频电场的最佳阻垢条件为镁离子浓度为6mmol/L时,平均热阻阻垢率为9.35%。在本实验中交变电磁场的阻垢效果要优于射频电磁场。交变电场和射频电场对水垢晶体形貌也产生了较大影响。与未经电磁场处理的对照组相比较,交变电磁场实验中出现了类似文石结构的棒状晶体,这种两头钝的棒状结构较多出现在阻垢效果较好的实验组中。经射频电磁场处理后,垢样晶体颗粒表现为两种情况,要么颗粒细小,彼此聚集成巨大的块状结构,要么晶体颗粒增大,呈现形状不规则的块状,几乎观察不到针状和棒状结构。

关键词： 电磁场   有限差分法   反问题   优化输运算法   正则化理论  

摘要： 电磁法勘探包括时间域和频率域勘探方法。瞬变电磁法(TEM)是一种时间域的主动源方法，通过向地下发射脉冲，测量二次场的时间域衰减来达到勘探的目的。可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在大地电磁法(MT)基础上发展起来的一种人工源频率域测深勘探方法。TEM因纯二次场的观测方式而具有独特的勘探优势，CSAMT具有抗干扰能力强和信噪比高的众多优点。二者在矿产勘探，地质构造探测，工程勘探，油气勘探，以及地热、军事和考古等领域表现出了很好的应用前景。　　本论文将基于上述两种电磁勘探方法进行正演数值模拟和反演计算。在正演中，本论文首先通过交错网格有限差分法(FDTD)推导了时间域TEM的正演响应迭代表达式，并分别实现了高阻体模型和低阻体模型的三维数值模拟。其次，本论文结合科尔-科尔(Cole-Cole)模型提取了一维CSAMT中的激发极化(IP)信息，同时讨论了不同极化模型中的CSAMT视电阻率、相位和IP信息的异常响应。　　在反演中，本论文提出通过优化运输思想(OP)和交叉熵(CE)思想来构建新的正则化反问题。在TEM中，本论文通过对正演模拟数据进行Sigmoid预处理转换为密度函数，然后基于优化运输中的Wasserstein度量(WM)思想构建了概率论度量意义下的正则化函数;反演过程中的梯度计算，通过正常场和以地表的差异场作为伪源进行有限差分数值模拟获得的反向场两者做卷积计算实现。模型测试证明了本论文提出方法能较为准确的反应异常体的位置和大小。在CSAMT中，本论文对正演模拟数据同样进行了Sigmoid化处理，然后基于信息系统论中的交叉熵思想构建了新的正则化函数，最后通过信赖域正则化和同伦正则化构成的组合LMF（Levenberg-Marquardt-Fletcher）算法实现了频率域电磁反问题的求解。结果表明，新算法具有很好的可行性和准确性。