自供电同步开关电感阻尼电路功率特性分析

为了明确自供电式同步开关电感阻尼电路的功率特性,同时为优化开关控制电路提供理论依据,分析了该电路的阻抗特点及其输出功率随负载的变化关系,并研究了在不同激振强度下能量收集的效率。实验测试了压电悬臂梁尖端振幅为2mm及4mm时负载电路获得功率及悬臂梁振子输出的总功率。结果表明,在振幅为2mm时,负载获得的最大输出功率为38.6μW;在振幅为4mm时,最大功率187μW。在压电振子正常工作的振动强度范围内,激振强度越大,自供电式同步开关电感阻尼电路的能量收集效率越高。在200~800kΩ负载范围内,振幅为4mm时的效率比2mm时高10%左右。     

基于垂直运动磁体的高效振动-电磁能量采集器研究与设计

随着电子设备功耗越来越低,采用振动-电磁能量采集器将人体或者环境中的振动能转换为电能,从而为低功耗电子设备进行供电成为研究的重点与热点。现有振动-电磁能量采集器主要集中于水平方向磁体运动切割磁力线,从而将动能转换为电能。研究并制作了基于磁体垂直运动的振动-电磁能量采集器,结合磁体运动分析能量转换机理,研究磁体运动形式、线圈参数及缠绕位置等对于输出功率之间的关系,提出线圈集中缠绕结构的振动-电磁能量采集器,能够显著提高输出功率。通过激试验表明,能量采集器在垂直方向激振力频率为4 Hz的作用下,在永磁体高度与线圈缠绕高度为4∶3的前提下,能量采集功率与线圈沿柱筒均匀覆盖缠绕相比提升400倍;在能量采集器与负载(试验负载91Ω)阻抗匹配条件下,能量采集器最大输出功率为28.83 mW;通过人体运行力量转换试验可知,在人手腕跑步运动的情况下,能够驱动温湿度计正常工作。所设计的能量采集装置能够广泛应用于机械振动监测无线网络传感器自供电节点中。     

压电叠堆联接方式及低频发电特点的研究

压电发电是一种新型的振动能量收集技术。论文推导并给出了压电叠堆在33模式低频振动时输出电压和功率的数学表达式,并分析指出了输出电压和功率与压电系数、压电片个数、压电片厚度、激振力、激振频率正相关,与电极面积和介电常数负相关;电学串联的压电叠堆可以输出较高的开路电压;电学并联的压电叠堆可以输出较高的输出电流和功率。文中设计了压电叠堆夹持装置和振动发电实验装置,在振动频率5Hz、激振力26N的情况下得到两片电学串联叠堆和并联叠堆的最大功率分别为0.14μW和0.4μW;实测输出电压随振动频率、电阻、压电片个数、振子厚度和电极面积的变化趋势与理论预测相符。     

真空热电子-热光伏耦合发电器件性能研究

提出了一种真空热电子-热光伏耦合发电器件,基于能量平衡方程建立了真空热电子-热光伏耦合发电器件的理论模型,获得了器件输出功率和转换效率的一般表达式,并确定了器件的优化参数,研究了热源温度和极板功函数对耦合发电器件输出电压、功率和效率的影响规律。结果表明:优化参数后,该耦合发电器件的最高转换效率可达24.3%,较单独的真空热电子发电装置提高了6.9百分点,其最优输出功率约为后者的3.5倍;耦合热光伏模块后的器件在不同参数下都能实现输出稳定,提高热源温度或降低阳极功函数可进一步提升器件性能。本文将为适用于太阳能或核能的热电子复合发电技术研发提供有益参考。     

防振锤功率特性的测试与应用

架空导线会因微风而振动 ,利用防振锤来进行消振 ,可延长架空导线的使用寿命。防振锤的功率特性是判定防振锤性能优劣 ,评价改进产品设计的重要依据。防振锤功率特性是指在一定振幅、频率下 ,单位时间内吸收的能量。具体测试方法是把防振锤安装在振动台的激振头上 ,给它施以正弦运动的激振 ,用位移传感器把水平位移信号和用拉压力传感器把力信号转化为电信号 ,输入到动态应变仪中放大 ,再输入到“乘法器”中进行 2个同频信号瞬时值相乘 ,用直流电表读取其平均值 ,再乘以一个与频率和振幅有关的系数 ,则为防振锤的机械功率值。     

双馈发电机定子PQ输出数值区间研究

为实现双馈发电机定子侧有功、无功功率调节时确保转子变流器处于安全工作区,并实现最大限度的风能利用,通过双馈电机等效电路中电压与电流方程的建立,推导得出转子励磁电流有效值与定子侧有功、无功功率输出数值区间的映射关系,通过旋转坐标系中电压方程与磁链方程的建立及推导对上述映射关系进行验证.并提出了一种基于该映射关系的优化无功输出控制方法.仿真结果表明:在维持转子励磁电流有效值恒定的条件下,通过无功功率负方向调节可以实现发电机定子侧有功功率的正方向调节;在维持发电机定子侧有功功率输出恒定的条件下,通过无功功率负方向调节可以实现转子励磁电流有效值的负方向调节.在转子励磁变流器安全工作区内,可通过有功、无功工作点位移提高双馈发电系统极限条件下的稳定性和对原动机机械能最大限度的电能转换.     

基于分段线性系统的宽频振动能量收集器

研究了一种基于分段线性系统的宽频振动能量收集器,主要由抗磁稳定悬浮结构、弹性膜及感应线圈组成。 在静止状 态下,悬浮磁铁不需要任何外界能量稳定地悬浮在热解石墨板之间。 当振动能量采集器受到水平振动激励时,悬浮磁铁在两热 解石墨板之间摆动;当摆动幅度比较大时,悬浮磁铁将与弹性膜发生碰撞使系统刚度呈阶段性变化;随着悬浮磁铁运动,感应线 圈中的磁通量发生变化产生感应电动势,从而使外界振动能转化为电能。 当水平激励振幅为 5 mm 时,系统的工作带宽达到 3. 2 Hz,最大输出电压达到 78 mV,最大输出功率为 56. 3 μW;当水平振动激励的加速度为 3 m/ s 2 时,系统的工作带宽达到 2 Hz,最大输出电压为 44 mV,最大输出功率为 18 μW。     

转子匝间短路故障对大型汽轮发电机振动的影响机理

转子匝间短路是大型汽轮发电机时常发生的电气故障,会引起励磁电流增大、输出无功减小、机组振动加剧等不良现象。因不具备分支电流互感器的安装条件,基于定子不平衡电流总有效值的故障监测原理无法应用于大型汽轮发电机,而故障引起的机组振动为监测提供了一种新思路。为此,首先从分析转子匝间短路故障时定子和转子的稳态电流特征入手,全面考虑各种空间磁场的相互作用及转子热变形等实际因素,对故障后发电机的定子和转子振动特性进行了研究;通过对故障案例的调研验证了理论分析的正确性,并分析了影响振幅的关键因素。     

振荡水柱驱动介电弹性体采集能量多种循环分析

介电弹性体是一种超弹性绝缘材料,薄膜上下表面敷上电极,其发电过程相当于可变电容。将振荡水柱波浪能转换装置与介电弹性体相结合,利用介电弹性体的电容行为将机械应变能转换为电能,所产生的电能主要取决于系统结构和介电弹性体材料参数以及所使用的能量收集循环模式。基于线性波和势流理论、流体动力学理论建立波浪驱动介电弹性体电弹性形变发电模型,分析振荡水柱式波浪能转换装置气室内空气压强驱动介电弹性体形变和由此引起电容变化情况。应用介电弹性体发电理论分析恒电荷、恒电压、恒电场3种能量收集循环模式对振荡水柱波浪能采集发电特性的影响,结果表明:介电弹性体材料的输出能量随着波浪周期、振幅的增大而增大,随着振荡水柱气室放置处水深和前墙开口的增大而增大,随着介电弹性体薄膜的半径增大而增大,随着薄膜厚度的增大而减小;在恒电场发电方式下,介电弹性体能够产生最大能量。     

钛管折流杆换热器的设计与制造

钛材具有优异的力学性能,密度小,耐腐蚀性能较好。在较高流速的海水中,钛管的耐冲刷性能尤为突出。电站中大容量水-水换热器采用的钛管壁厚较薄,钛管可能因振动而破损,为避免钛管在运行中出现的振动问题,设计了折流杆式换热器,这种换热器的特点是壳程内不设置折流板,利用折流杆组成的折流圈代替折流板,实现对换热管的支撑,将折流板换热器的横掠管束改成折流杆换热器的纵掠管束,可防止壳侧流体对换热管的诱导振动,同时提高了换热效率,降低了壳程阻力。     

电力系统综合节能的有功与无功功率协调优化

针对将有功功率与无功功率分开优化的不合理性,将网损以发电费用最小的原则分摊到各个发电机上,建立电力系统综合节能的有功与无功功率协调优化模型.在求解模型时,首先利用梯度法初始收敛速度快的特点将控制变量迅速收敛至最优解域,同时通过节点和支路类型转换处理节点电压和支路潮流越限问题;在最优解附近系统起作用不等式约束集基本确定的情况下,再利用牛顿法的二次收敛特性,求解精确最优解,提高了牛顿法的计算效率.研究结果可以为自动发电控制和自动电压控制系统的协调优化控制提供参考.在IEEE-30节点系统上的仿真结果验证了所建模型和算法的有效性.     

双边直线开关磁阻发电系统建模与仿真研究

对直线开关磁阻发电机进行结构选型,根据双边直线开关磁阻发电机的结构特点及运行原理,建立以双边直线开关磁阻发电机为波能转换装置的波能发电系统,给出在固定开通/关断位置控制方法下的励磁功率、发电功率以及电压输出波形,并对双边直线开关磁阻发电系统进行功率分析。结果表明,双边直线开关磁阻发电系统具有连续发电能力,并且输出效率高达80.6%。采用电压外环PID调节加位置内环控制的双闭环控制策略对双边直线开关磁阻发电系统进行仿真研究,系统仿真结果表明,双闭环控制策略完成恒压控制,验证了双闭环恒压控制策略在双边直线开关磁阻发电系统中的可行性。     

输电导线覆冰舞动机理及防治措施

通过大量文献分析总结了输电导线舞动的形成原因、舞动机理和防舞措施。结果表明: 输电导线的舞动主要取决于覆冰、风激励、线路结构和参数; 目前导线舞动机理主要有Den Hartog 垂直振动和O.Nigol扭转舞动机理, 但不能解释所有类型的舞动现象, 此外还有低阻尼系统共振和动力稳定性舞动理论; 防舞措施可采取避舞、抗舞和抑舞措施, 这可在一定程度上防止舞动危害, 而防止导线舞动的根本方法是解决导线覆冰问题。     

“工字形”直线超声电机的结构设计与模态分析

为了提高直线超声电机的输出性能,研制了纵弯复合模态“工字形”直线超声电机,对“工字形”弹性体的几种复合振动模态及其驱动方案进行了分析,确定了振子的工作模态。完成了“工字形”振子的结构设计,利用ANSYS软件对“工字形”压电振子进行了优化设计,确定了定子各结构参数。纵向伸缩振动模态固有频率和弯曲振动模态固有频率分别为33.07kHz和33.08kHz,频率差8Hz。根据优化设计结果,试制了原理样机。对样机的输出性能进行了实验研究。实验结果表明:当驱动频率为31.10 kHz,激励电压峰峰值为250V时,电机动子Vmax为240mm/s;驱动力Fmax为0.5N。     

一种矩形振子新型压电直线电机

分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。通过Ansys分析计算,得到了压电振子面内两种弯曲模态的频率,并对压电振子及电机结构进行了设计。研制了一种基于矩形复合层板面内弯曲模态压电直线电机,并进行了相应的实验研究。研究表明：当激励信号电压为380 V,频率为65.2 kHz时,电机最大运行速度约为458.3 mm/s,驱动力为2.2 N,且正反向运行良好。     

一种带有PWM变换器的汽车感应发电机系统

讨论了一种三相42 V/4 kW汽车感应发电机系统设计方案,以满足未来对车载电源功率的需求。该方案采用一个与感应发电机直接相连的低成本二极管桥式整流器将有功功率传递给蓄电池和负载,感应发电机的励磁电流由一个小功率PWM变换器提供。同时,这里还提出了一种新颖的控制策略来控制发电机的输出电压,它主要通过控制一个辅助的PWM变换器来实现。通过对一辆桑塔纳2000的电路进行改造,在一台42 V/4 kW的实验样机上进行实验,得出此发电机系统在不同发电机转速和不同负载条件下的性能曲线。     

Stabilization of multi-machine power systems by coordinated excitation control of multiple adjustable-speed generator/motors

Since an adjustable-speed generator/motor (ASGM) is excited by ac voltage fed by a quick-response cyclo-converter, rotating speed of the rotor can be constantly changed. The ASGMs installed at some pumped-storage power stations achieve automatic frequency control during nightly demand troughs by changing the pumping power to accord with the rotating speed. It is expected, on the other hand, that under peak generation during the day, the ASGM will be used for enhancement of transient stability because it can generate or absorb active and reactive power independently via the ac excitation voltage control. This paper proposes a novel control method for the excitations systems of ASGM that will improve the transient stability of multi-machine power systems like multiple ASGMs. The controller, which is designed for an energy function, works well for stability enhancement. To gauge it against conventional excitation control of synchronous generators and against constant output power control of ASGMs, the effectiveness of the proposed method is simulated in digital trials. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 118 (4): 10–19, 1997     

自适应IGBT串联均压电路设计

单个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于耐压的限制,在节能和改善电网电能质量、柔性直流输电、高压变频器、静止同步补偿器,以及有源滤波器等高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。文中提出了一种适用于串联IGBT的自适应动态均压方案,详细分析了其工作原理,并通过仿真和实际电路对其进行了验证。在此基础上研制了一套由4组5只IGBT直接串联桥臂组成的全桥逆变演示系统,串联回路中的每只耐压1 200V的IGBT稳定工作在900V,其电压利用效率达到了75%,具有较高的实用价值。     

宽频激励下双稳态压电振动发电机供电能力分析

为了探讨双稳态压电振动发电机在宽频激励下的供电能力问题,建立了宽频激励下双稳态压电振动发电机系统的动力学模型,仿真了双稳态压电振动发电机系统的输出响应特性和不同运动状态的输出电压特性,研究了双稳态压电振动发电机系统运行在高能量轨道上的激励条件,据此优化双稳态压电振动发电机结构参数,并对传感器网络节点的用电需求和双稳态压电振动发电机的供电能力进行分析。仿真和实验结果表明:双稳态压电振动发电机在宽频激励下,其输出平均功率为3.8 m W,能够满足实际振动环境下无线传感器网络节点的用电需求。     

级联型储能功率变换系统控制策略综述

级联型储能功率变换系统广泛应用于高压大容量场合,对电力系统起到削峰填谷的作用,其控制策略的好坏直接影响到储能系统的性能和可靠性。因此,近年来对级联型储能功率变换系统控制策略的研究引起了广泛关注,国内外学者对其进行了大量研究,主要可分为功率控制、均衡控制及容错控制三个方面,根据这三个方面对级联型储能功率变换系统控制策略进行了分类、归纳和总结,分析了不同控制策略的原理、特点及应用条件,并对其发展趋势进行展望,为级联型储能功率变换系统控制策略的研究和工程应用提供参考。