行波热声发电系统的谐振特性研究

热声发电机具有高效率、高可靠性且可利用低品位热能等突出优点,可望在太阳能发电和低品位热能回收等领域获得广泛应用。文中基于线性热声理论和直线发电机的简化模型对行波热声发电系统的输出性能进行了理论分析和计算,重点分析了机械谐振和电路谐振对于输出电功和效率的影响。设计并搭建了一个由行波热声发动机和单台直线发电机组成的热声发电系统。理论和实验均表明,机械谐振和电路谐振是行波热声发电系统获得良好性能的2个关键因素。以2.1 MPa的氦气为工质,通过优化机械和电路阻抗使得系统达到谐振状态,该系统最终获得了191.1 W的电功和7.15%的热电效率。     

热声发电系统最大电能输出阻抗匹配及机械谐振特性分析EI北大核心CSCD

为获得热声发电系统最大电能输出和声功捕获,该文以横向磁通永磁直线发电机为例,采用力–电类比法建立热声发电系统等效模型,研究电磁力、次级速度与阻抗之间的关系,推导热声发电系统等效阻尼的表达式,并分析电抗对等效阻尼的影响。在此基础上,基于最大电能输出进行阻抗匹配,并采用相量法分析阻抗匹配对机械谐振条件的影响,推导出谐振弹簧劲度系数表达式。最后,通过直线振荡系统实验平台验证阻抗匹配及弹簧谐振劲度系数理论推导的准确性,为热声发电系统直线发电机的设计提供理论指导。     

新型横向磁通热声直线发电机定位力研究

为了实现直线发电机与热声发动机的匹配,使系统运行在谐振状态,以提高热声系统的输出电功,提出一种新型的横向磁通直线发电机结构.通过理论分析得到了该电机的定位力与动子位移的关系,同时分析了气隙宽度、永磁体厚度和永磁体轴向长度等电机结构参数对定位力的影响.有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

应变片测量直线发电机活塞位移的疲劳分析

谐振式热声发电系统中,直线电机活塞处的压和流的相角对热声发电的效率有很大的影响。分析了目前的各种位移测量方法,并结合热声发电系统的自身特点,采用了基于应变片对形变的响应来测量直线电机活塞位移的方法。应变片在不同的黏贴位置有不同的使用寿命,通过实验证明了在合适的黏贴位置,应变片的寿命是能够保证的。该测量方法可靠,安装使用方便,节省资金,不需专门的安装空间,能有效的辅助谐振式热声发电系统的性能测试实验。     

百瓦级热声斯特林发电系统输出特性研究

热声发电技术在太阳能、工业废热等低品位热能利用方面具有广阔的应用前景。该文从电–力–声类比的角度对直线发电机的控制方程进行了理论分析,并借助线性热声理论对热声斯特林发电系统进行了模拟计算,分析了外接负载、电路谐振和四通处压力振幅对热声发电系统输出特性的影响。理论计算表明通过降低发电机电路的虚部阻抗,调节直线发电机的声阻抗,可以大大改善热声发电系统的输出特性。设计并搭建了热声斯特林发电实验台,实验证明在发电机电路中串入电容器降低虚部阻抗后,系统的输出电功从122.9W增加至150.6W,同时热电效率从5.3%提高到7.8%。     

永磁直线振荡电机及谐振频率跟踪驱动研究

近年,直线电机因结构简单而获得了广泛应用。为了研究其频率特性,该文介绍了一种小型空压机驱动用永磁直线振荡电机。电机采用特殊结构的盘式弹簧轴承,使电机谐振频率的设计与调整灵活方便。文中讨论了驱动电源特性与电机固有谐振频率的匹配问题,研制了电流反馈式谐振频率跟踪驱动器,使电源效率自动跟踪机电系统的谐振频率,并进行了实验调试,效果较好。     

基于重复控制的高频响直线伺服系统

无铁心永磁直线同步电机具有零齿槽效应、速度范围宽、动态性能高等特点,但其在高精密加工过程中存在的周期性输入和周期性负载扰动会降低系统的伺服性能。为了削弱周期性负载扰动的影响,采用重复控制器和伪微分前馈反馈控制(PDFF)速度控制器来抑制周期性负载扰动的影响。仿真结果表明,所采用的控制系统在实现高频响基础上,有效地抑制了周期性负载扰动对伺服系统的影响并且对周期性输入信号具有良好的跟踪特性。     

热声发电系统自主协同起振控制策略

以热声发电系统(TAEGS)为应用背景,为了降低系统起振温度、缩短系统起振的时间,提出一种控制热声发电机电动运行将系统牵入谐振的自主协同起振综合控制策略,该控制策略以系统机械谐振时次级位移和初级电流相位差为90°作为频率跟踪控制的判定依据,通过采样次级位移和初级电流信号,经过改进二阶广义积分控制器输出相应的正交信号进行锁频,经过Park变换将交流信号变为直流信号,实现信号的无静差跟踪控制,进而使热声发电系统运行频率快速跟踪谐振频率.仿真分析和实验验证结果表明,所提出的起振控制策略既能使热声发电系统运行频率快速跟踪谐振频率,提高系统输出功率;又可改进二阶广义积分控制器,有效滤除检测信号的采样噪声和高频干扰,提高控制器的稳定性.     

数字式频率特性测试仪

介绍用AD9850、峰值检波器以及鉴相器设计的频率特性测试仪，整个系统以单片机为控制核心，实现对被测网络频率特性的测量，用液晶显示器(LCD)显示幅频特性和相频特性曲线，同时还可打印频响曲线。     

实际系统次同步谐振建模方法

传统次同步谐振建模方法不能确保所建立的模型分析结果能够满足工程实际的精度需求。文中分析了传统次同步谐振建模方法不精确的本质原因是等值阻抗频率特性不能反映原系统的阻抗频率特性。根据等值阻抗频率特性误差大小的分布规律,提出通过逐渐扩大建模区域,以次同步模态阻尼收敛为判据来建立实际系统次同步谐振模型的新方法。该方法以系统节点处等值产生的次同步谐振误差大小为原则确定每次建模模型的边界,最终获得合理的建模区域。应用修改的IEEE 39节点系统,研究了不同的建模规模对次同步谐振分析结果的影响,验证了建模方法的有效性。     

基于频率特性搜索的伺服系统谐振控制

提出了一种在线更新频率搜索区间的迭代算法,该算法能够准确获取伺服机械谐振系统的谐振频率、反谐振频率、谐振频率处的幅度增益和谐振频率处的谐振带宽。根据搜索得到的谐振频率特性对陷波滤波器进行设计和优化,可以改善系统性能。仿真和实验结果表明,提出的方法不仅抑制了系统的机械谐振,而且改善了系统的动态响应特性。     

舰船三场联动仿真系统

仿真系统立足于舰船物理场的基本性质,研究以声场、磁场、水压场为模拟目标的三场联动系统,通过局域网将1台主控机与3台从控机连接,3台从控机分别控制舰船的声场模拟仿真系统、磁场模拟仿真系统和水压场模拟仿真系统。通过主控机的控制作用,3个从控系统既能各自独立仿真,又能实现同时同点模拟仿真舰船的3个物理场,并且输出仿真结果。     

热声发电系统双功率优化运行阻抗匹配分析

为获得圆环体拓扑结构的热声发电系统最大电功输出,提出带有可变电负载的动磁式直线发电机声学阻抗匹配设计方法。通过声力电类比方法建立系统捕获声功和输出电功的数学模型。结合热声发动机机械结构和气体工作介质特征,分析弹簧机械阻抗和电负载阻抗对系统声学阻抗的影响,给出双功率优化运行的发电机声学阻抗匹配设计方法。该方法以提高声功捕获为约束条件,实现热声发电系统输出电功最大。用MATLAB程序和热声发电系统模拟实验平台验证双功率优化运行阻抗匹配方法。双功率优化运行的发电机声学阻抗匹配设计方法简单易行,为热声发电系统控制器的设计提供理论指导。     

反激式开关电源准谐振变换的实现

围绕着提高开关电源效率 ,介绍了软开关技术和准谐振变换概念 ,分析了反激式开关电源准谐振变换的电路组成、工作原理、控制方式和频率特性 ,介绍了实现准谐振变换的电路设计。     

永磁直线电动机一种控制系统的实现

设计一种新型直线压缩机驱动用永磁往复直线电动机的控制系统。通过分析直线压缩机的谐振工作特性和动圈式直线电动机的运行特点,在获得直线电动机样机的空载谐振的基础上,采用电机专用控制芯片TMS320LF2407设计了控制系统,完成了压缩机行程采样周期和采样数组的算法。并采用VB6编写了具有良好人机界面的上位机控制程序,解决了新型直线压缩机驱动用直线电动机的控制问题。     

基于提升小波变换的光伏谐振检测方法

光伏发电并网系统中多台并网逆变器之间、逆变器与电网之间的交互耦合会引起系统串、并联谐波谐振,严重地影响了电网电能质量,因此光伏发电并网产生的谐振问题亟待研究。针对这一问题,首先建立光伏发电并网系统谐振模型,分析了光伏并网运行时产生的谐振问题。谐振不同于谐波之处在于谐波表现为电流和电压波形产生周期性畸变,而谐振导致的电流和电压畸变是非周期性的。分析了提升小波变换在谐振检测上的应用原理,在此基础上提出基于提升小波变换算法的谐振检测技术,并利用FFT进一步筛选谐振可能所在的频带,得到光伏发电并网谐振的起止时刻以及频带范围。最后通过仿真验证该方法能够有效地检测光伏发电并网系统的谐振问题。     

热声发电系统最大声电效率阻抗匹配分析

为提高热声发电系统的声电转换效率,根据相似理论,结合声学阻抗流源机理进行分析,提出一种永磁直线发电机弹簧机械阻抗和负载电阻抗的声学阻抗匹配设计方法。该方法以提高捕获声功为约束条件,实现声电转换效率最大。进一步地,在弹簧机械阻抗和负载容抗声学阻抗匹配时,给出发电机成为热声发动机声学阻性负载、声学感性负载和声学容性负载的阈值规律。最后搭建实验平台,通过建模、求解及分析设计,验证了发电机声学阻抗匹配方法的有效性,为热声发电系统(TAEGS)的设计提供理论依据。     

频响阻抗法诊断变压器绕组变形

变压器绕组变形是变压器的主要故障类型之一,严重威胁电网安全。为此,提出频响阻抗法诊断变压器绕组变形。研究了变压器绕组在低频和中频段的阻抗频率特性,以频率响应的测试接线为基础,测量相关的电压和电流值,对测得的电气数据进行处理以获得阻抗频率曲线,通过对比曲线间的差异实现对变压器绕组变形的诊断。建立了变压器绕组变形的仿真模型,通过改变模型中不同类型元件的参数值模拟绕组故障。仿真结果表明该方法能明显反应绕组故障,验证了频响阻抗法的有效性。     

串联谐振变换器的扩展描述函数法建模研究

采用扩展描述函数法建立了串联谐振DC/DC变换器的小信号等效电路模型.通过仿真得到了频率特性曲线,分析了电路主要参数,包括输入电压、品质因数、占空比和开关频率对系统频率特性的影响.然后搭建了实际电路,利用频率特性分析仪测量了基于移相控制的串联谐振变换器的频率特性,实验结果与仿真结果具有良好的一致性,说明应用扩展描述函数...     

HVDC换流器的阻抗频率特性

高压直流(HVDC)换流器阻抗频率特性的确定对避免系统发生谐振具有重要意义.文中提出了基于开关函数理论的HVDC换流器直流等值阻抗和交流等值阻抗计算方法.该方法计及了换流器换相过程的影响,计算换流器的直流等值阻抗时考虑了交流系统的影响,计算换流器交流等值阻抗时考虑了直流系统乃至对侧交流系统的影响.CIGRE first benchmark模型被用于验证该方法.PSCAD/EMTDC仿真和该方法计算得到的阻抗频率特性相吻合.仿真结果证明,直流系统对交流系统的谐振频率有着不可忽略的影响,这种谐振有可能导致直流输电系统的不稳定运行,而该方法可以准确、方便地计算出谐振频率.