基于ANSYS的磁饱和式可控电抗器铁心磁场的分析

针对磁饱和式可控电抗器铁心,应用大型有限元软件ANSYS,建立铁心和空气隙的模型,对铁心磁场进行分析,并对铁心空载损耗进行了计算.以220V,600VA磁饱和式可控电抗器为例,给出了铁心内部磁场分布图以及铁心空载损耗的计算值.将铁心内部磁场与理论磁场及铁心空载损耗的计算值与理论值进行比较,结果表明该模型具有较高的准确度,可以满足磁饱和式可控电抗器的工程设计要求.     

模拟退火算法优化三相五柱变压器铁心设计

在分析变压器铁心磁场分布的基础上,将模拟退火算法应用于五柱铁心旁柱的优化设计。利用磁场与损耗分布的数值计算结果,建立优化设计目标函数,用模拟退火算法求解出最优的五柱铁心旁柱尺寸。给出了详细的优化设计步骤及计算实例。     

带有高频谐波的电抗器磁场和热场分析

针对通入正弦电流的三相铁心电抗器绕组实际使用中出现高频谐波干扰的情况,本文基于Ansys软件,对电抗器铁心的电磁场和温度场进行研究。利用Ansys有限元软件,建立了电抗器铁心、线圈和空气的实体模型,并编写命令流程序,通过仿真得到铁心磁场分布,同时进行磁热耦合分析,将磁场分析中产生的涡流损耗作为热载荷导入热场分析单元,施加绕组生热率,给出电抗器正常工作状态下铁心温度分布。仿真结果表明,电抗器铁心中,磁感应强度最大值为2.708 27T,主要分布在U相铁心柱与铁心轭连接处;最小值为0.034 115T,主要分布在W相铁心最外层拐角处,而且电抗器铁心柱中间温度高,两边温度低,基本符合设计要求。该研究为三相铁心电抗器结构和工艺设计提供了理论依据。     

电力电缆循环加热试验中热力学工态研究

为研究电力电缆热循环载流量试验中电缆的温升特性,以及介质损耗和环境温度对电力电缆温升的影响,完善了空气中电缆集中参数等效热路模型,建立了暂态下对导体损耗、介质损耗和环境温度进行实时修正的热流微分方程.仿真计算给电缆施加恒定电流时电缆导体、金属套的温升,介质损耗对温度的工态影响,电缆热循环载流量试验中电缆各层的暂态温升和自然冷却曲线,并与实际试验所测得的温升曲线进行拟合验证.研究结果表明,高压电力电缆热循环试验中,介质损耗对电缆温升影响较大,试验中需要对导体损耗、介质损耗和环境温度进行实时修正.     

带抽能线圈并联电抗器模型的电感参数计算

通过计算带抽能线圈并联电抗器模型的三维静磁场,得到带抽能线圈并联电抗器模型的一次、二次线圈的电感和互感等参数.三维静磁场以矢量磁位A为变量、改进的ICCG法求解.计算结果和测量结果吻合,因此可以为电抗器设计提供理论和计算基础.     

电磁装置多目标优化设计的改进矢量进化算法研究

在电磁装置设计中，通常需要同时优化几个相互冲突的目标函数。在传统的优化方法中，一般首先采用标量化技术将多目标函数转化成单目标函数。然后求解。因此需要预先设定不同目标函数的优先级或权因子，而这种方法通常每次只能搜索到一个Pareto解，不能得到完整的Pareto曲面。有鉴于此，本文提出了多目标优化设计的一种改进矢量进化算法，以实现通过一次搜索即可得到平滑、完整的Pareto曲线的目标。典型数学函数和无芯螺线管线圈优化设计问题的实例计算结果，验证了本文算法的有效性和正确性。     

铁心电抗器气隙等效导磁面积计算

以一台实际干式带气隙铁心电抗器为例,建立电抗器的三维电磁场仿真模型,给出仿真模型内的基本假设和边界条件;采用有限元分析,计算出了不同气隙下铁心电抗器的电感值和磁路中的磁感应强度矢量图,并与部分实测数据相对比,验证了仿真模型与仿真结果的正确性.然后,以铁心电抗器的电感量为主要研究对象,定量计算在不同气隙与不同铁心直径下电抗器的电感值,给出了电感值随气隙和铁心直径的变化曲线并对其拟合及定性分析.最后,结合铁心电抗器计算公式和基本假设,推算出气隙处磁通等效导磁面积扩大系数,研究气隙等效导磁面积扩大系数随气隙和铁心直径的变化关系.所得结论可以为此类电抗器的设计计算提供一定的技术支持.     

压应力对硅钢片磁特性的影响研究

并联电抗器是电站设备中噪音的主要来源,设计和研究低噪声电抗器具有重要意义。依据间隙铁心式电抗器铁心的结构特点,需要螺栓的紧固作用,在工作状态下电抗器的间隙式铁心部分受压应力作用。为了准确分析间隙铁心式电抗器的工作磁特性和电磁振动,开展了不同应力下多种铁心硅钢的磁化和磁致伸缩特性测量,并基于测量数据对电抗器样机电磁振动进行了分析计算。文中首先改进磁致伸缩测量系统,测量获取首钢3种典型铁心用硅钢在不同应力,特别是压应力下的磁化和磁致伸缩特性;考虑铁心磁致伸缩效应,对不同硅钢牌号制造的间隙电抗器铁心,分别对其不同应力下的磁场和机械场进行分析计算,获得了铁心磁通密度和应力的分布,以及不同位置的振动情况。本文的研究成果可为低噪声间隙铁心式电抗器的设计提供不同硅钢磁特性数据和理论分析方法。     

基于Ansoft软件的电抗器匝间短路在线监测研究

针对目前电抗器匝间短路不能被及时发现的问题,建立了干式空心电抗器匝间短路故障电路模型,从磁场的角度对干式空心电抗器匝间短路故障进行了在线监测和保护研究。采用Ansoft软件与硬件相结合的方法,将磁场信号转换为电信号,研究了探测线圈安装位置的不同对发现电抗器匝间短路故障的影响。通过对探测线圈电压的计算值和阀值的比较,能够判断电抗器内部绝缘结构是否完好,并能准确判断是否发生故障,避免了保护装置的误动。实验数据表明,利用探测线圈产生的电压差来监测匝间短路情况精确可行,能及时发现故障,并有效地避免故障范围的扩大。     

基于多目标遗传算法的二自由度动力吸振器优化设计

针对实际工况中常见的具有平移和绕质心转动两个自由度的无阻尼主系统,提出了一种二自由度动力吸振器,通过对吸振器刚度和阻尼的优化,使主系统获得良好的减振效果。用位移、加速度、角位移和角加速度对主系统振动进行评价并作为优化目标。采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)解决4个优化目标、3个设计变量的多目标优化问题,得到含有60个解的Pareto最优解集。用熵权TOPSIS法对Pareto最优解进行排序,选取最优解作为动力吸振器优化设计的解。对动力吸振器进行仿真分析,频域仿真结果和随机激励下的时域仿真结果表明:参数优化后的动力吸振器使得主系统的4个振动评价指标均大幅降低,二自由度动力吸振器的振动控制效果良好,NSGA-Ⅱ和熵权TOPSIS联合优化方法适用于二自由度动力吸振器的优化设计。     

Multi-objective optimization of membrane structures based on Pareto Genetic Algorithm

A multi-objective optimization method based on Pareto Genetic Algorithm is presented for shape design of membrane structures from a structural view point.Several non-dimensional variables are defined as optimization variables,which are decision factors of shapes of membrane structures.Three objectives are proposed including maximization of stiffness,maximum uniformity of stress and minimum reaction under external loads.Pareto Multi-objective Genetic Algorithm is introduced to solve the Pareto solutions.Consequently,the dependence of the optimality upon the optimization variables is derived to provide guidelines on how to determine design parameters.Moreover,several examples illustrate the proposed methods and applications.The study shows that the multi-objective optimization method in this paper is feasible and efficient for membrane structures;the research on Pareto solutions can provide explicit and useful guidelines for shape design of membrane structures.     

基于新型正八边形励磁线圈的高精度电磁流量测量技术研究

受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一.本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高,首先在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析了正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后搭建实验平台,进行磁场测试实验和流体测试实验进行验证.磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743m/s-2.582m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义.     

超磁致伸缩换能器磁路设计及优化

为优化超磁致伸缩换能器的电磁性能,研究了线圈的几何尺寸和磁路元件的选择对换能器磁场特性和输出位移的影响,并进行了磁路损耗和气隙磁导分析.给出了合理的线圈结构参数,提出了在超磁致伸缩材料(GMM)棒两端安装高磁导率的软磁体和减少GMM棒涡流损耗的设计方案,并忽略了气隙的影响.采用有限元方法仿真了不同磁路设计方案对换能器性能的影响,并进行了试验分析.结果表明,在GMM棒两端安装电工软铁能够提高工作磁场强度,减少磁通泄漏,增加换能器输出位移并降低驱动电流,改善换能器的发热情况,从而整体改善超磁致伸缩换能器的性能     

电动汽车无线充电金属异物检测线圈电磁特性

在电动汽车无线充电系统中,为实现较大范围内对小型金属异物的有效检测,提出一种金属异物检测线圈电磁特性的分析方法. 基于谐振电路在受到金属异物干扰后会产生失谐现象,论述金属异物检测的基本原理;分析检测线圈电磁特性的主要影响因素,给出将若干个PCB(Printed Circuit Board)型小线圈通过串并联构成线圈组的线圈设计方案;用Maxwell软件仿真分析金属异物进入检测线圈上方对线圈磁场的影响,得到不同的线圈结构参数和线圈连接方式对检测线圈电磁特性的影响规律;在无线充电环境下,用检测线圈组的感应特性仿真实例验证所提出的检测线圈组设计方案的可行性. 结果表明:本文提出的设计方案能够有效抑制电动汽车无线充电过程中环境磁场引起检测线圈的感应电压噪声,金属异物检测线圈电磁特性的分析方法能够为电动汽车无线充电系统中金属异物检测线圈的设计提供指导.     

基于进化算法的带约束混合动力系统多目标优化

为获得无需将多目标优化问题转化为单目标优化问题的混合动力系统多目标优化方法,分析了并联混合汽车总成模型,建立了带约束混合动力系统多目标优化数学模型,并给出了优化目标、待优化参数及约束条件。设计了基于NSGA-Ⅱ的混合动力系统多目标优化算法,该算法基于Pareto支配性原理判定所得方案的优劣,不需要指定各个目标的权系数。仿真优化结果表明:优化后的系统百公里油耗平均下降了0.25%,污染物排放平均下降了2.75%,蓄电池充电效率分布由[0.8,0.9]变为[0.85,0.9],放电效率分布由[0.82,1.0]变为[0.95,1.0],作者提出的方法可以优化混合动力系统的性能。     

中开多级离心泵效率优化计算方法

对离心泵水力效率及高效区相对宽度的优化计算方法进行研究,在水力损失模型的基础上提出基于近似模型的多目标优化计算方法. 以中开多级离心泵的优化设计为例,基于水力损失模型进行设计变量灵敏度分析,选出关键设计变量. 分别利用水力损失、完全二次响应面（RSF）、径向基高斯响应面（RBF）和克里金响应面（KRG）4种近模型优化离心泵的关键设计变量,分析4种效率优化计算方法的精确性和有效性. 结果表明：基于理论公式计算的第1种优化方法耗时少,但结果误差较大;后3种优化方法基于计算流体动力学（CFD）数值仿真分析,结果准确,其中RSF模型的结果最精确且计算时间较短. 比较3种不同近似模型的计算精度,RSF的计算结果最精确,RBF结果次之,KRG结果最差. 在设计流量下,基于RSF的Pareto最优解的扬程为83.77 m,效率为77.26%,基于RBF的Pareto最优解的扬程为83.09 m,效率为76.63%.     

磁耦合谐振式电动汽车无线充电线圈设计与优化分析

针对现有的电动汽车充电桩充电效率低、充电不方便等缺点,提出了磁耦合谐振式电动汽车无线充电线圈的设计和优化方案.通过分析空间载流线圈的磁场分布,为抵消线圈自感的影响,建立了串联谐振充电和并联谐振充电两种电路模型,并对其进行了理论与仿真分析.基于串联电容谐振充电方式,提出了采用中继线圈的方法进一步提高线圈充电的效率和传输距离.仿真结果表明,采用中继线圈方式的充电效率可达95%.     

真空断路器永磁机构计算与分析

在介绍了高压断路器的双稳态永磁机构结构及工作原理的基础上，对其涡流电磁场方程进行了描述，研究了电流源激励下的瞬态磁场，并推导出考虑涡流情况下的非线性瞬态磁场数学模型，建立出永磁机构动态方程.采用耦合法，并且应用了ANSYS软件进行编程来对永磁机构的瞬态场进行计算，对它的线圈电流、动铁芯位移及受力进行分析，并研究了涡流效应对永磁机构的影响，得出应选择电导率小，电磁性能好和损耗低的导磁材料的结论.     

内螺旋管金属氢化物反应器吸氢过程数值分析及优化

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,采用田口方法对内置螺旋换热管的氢化物反应器进行了优化研究。建立了金属氢化物反应器的三维多物理场耦合模型并采用COMSOL Multiphysics V4.4软件来求解。采用田口方法安排出具有代表性的螺旋结构参数组合,通过反应器模型计算得到各个组合的性能。结果表明：螺旋管的换热系数和换热面积都较大,因此内置螺旋管的氢化物反应器的性能较理想;随着螺旋数N和螺旋管直径do的增加,反应器的单位重量蓄热功率GHSR大大提高,而螺旋线直径D对反应器性能影响很小;最优的螺旋管参数组合为：D=32mm、N=6和do=8mm,相应的GHSR达到62.90W/kg。     

Ramping loss and mechanical response in a no-insulation high-temperature superconducting layer-wound coil and intra-layers no-insulation coil

The layer-wound coil has a great potential in nuclear magnetic resonance and magnetic resonance imaging owing to the better spatial homogeneity of the magnetic field. However, high-temperature superconducting (HTS) coil wound by no-insulation (NI) layer-wound technique has been verified with a long field delay time. A new method named the intra-layer no-insulation (LNI) winding technique has been proposed to reduce the charging delay time of the coil. This paper is mainly to study and compare the ramping loss and mechanical characteristics of the layer-wound coil and LNI coil. The results indicate that the total ramping loss can be significantly reduced by using the LNI winding method. The effects of the ramping rate of power supply current and the contact resistivity on the ramping loss are also discussed in the paper. Furthermore, the stress distributions in the layer-wound coil and LNI coil are compared, where the cooling process and Lorentz force are both considered. It can be found that the copper sheet of the LNI coil experiences relatively higher stress than its (RE)Ba₂Cu₃O_x (REBCO) conductor layer. Meanwhile, the magnitude of stress generated in the REBCO conductor of the LNI coil is slightly different from that of the layer-wound coil.