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[硕士论文] 贺开放
电工理论与新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:现如今电力电子技术已经运用到了各个领域,电力电子设备的复杂性不断提高,自动化程度不断的增强,电力电子电路的各项性能已经得到了充分的发展,但是对电力电子设备的故障诊断和维护却相对滞后。电力电子设备的可靠运行已经成为人身安全和国民经济稳定的重要保障,因此保障电力电子设备的健康运行和对电路故障精准的诊断具有重要的意义。由此可见寻找一种针对电力电子电路的精准高效的故障诊断方法来减弱故障对安全和经济的影响是非常迫切需要的。
  本论文根据电力电子电路故障的特点,采用了多维尺度和神经网络的故障诊断方法,并且对以下几个方面进行了分析和研究。
  首先,本文对电力电子电路故障诊断的背景和意义进行了阐述,介绍了以往的电力电子电路故障诊断方法以及特点,概括了多维尺度的基础理论,分析了不同类型的多维尺度和各自的适用范围。
  其次,以三相桥式全控整流电路为研究对象,运用Matlab2014a/Simulink仿真工具箱进行仿真模型的建立,然后设置所需要的各种故障类型并进行仿真分析,从而获得三相整流电路在不同故障类型下的输出电压波形和原始采样数据。用快速傅里叶变换方法对原始数据进行分析得出直流分量、基波幅值、二次谐波幅值和三次谐波幅值并进行归一化处理形成电路的初始故障特征向量。多维尺度技术是一种把实体间的相异性信息转化成空间几何信息的数据维度约减技术,因此利用多维尺度对高维初始故障特征向量进行维度约减形成新的故障特征向量作为分类器的输入以减少分类器结构的复杂程度。
  本文把神经网络作为故障类型的分类器,为了建立高效准确的分类器,根据神经网络理论对神经网络的发展史、结构、分类和学习机制进行了介绍。对神经网络中运用比较广泛的BP神经网络进行了详细的表述,着重分析了其运行原理、网络结构、优点和局限性。由于BP神经网络具有很好的非线性映射能力因此使其作为故障分类器。通过仿真实验结果表明本文提出的方法对电力电子电路故障诊断是有效可行的。
[硕士论文] 王江彬
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:功率理论是应理论性和实践性两方面的要求发展起来的。尽管功率理论已经逐步完善并体系化,但在该领域仍然存在诸多问题需要解决,问题之一就是参考点选择问题。这主要表现在,一方面现有的参考点选择方法多种多样,需要找出一种比较优越的参考点选择方法;另一方面无论是瞬时功率理论中的瞬时视在功率和瞬时无功功率还是平均功率理论中的视在功率和无功功率,它们均会受参考点选择的影响,因此需要从数学上描述这种函数关系。
  为了从现有的参考点选择方法中选择出一种比较优越的方法,对目前功率理论研究中的参考点选择方法进行了总结和对比,得出选择虚拟中性点作为电路参考点是一种比较有优势的参考点选择方法。针对多相电路对虚拟中性点的具体选择方法进行了数学推导,分析了这种参考点选择方法与已有方法的兼容性,并论证了该虚拟中性点的唯一性。
  对现有各种瞬时功率理论进行了对比研究,得出广义瞬时功率理论是现有瞬时功率理论中最为优越的一个,其不仅能够囊括三相电路瞬时功率理论,而且可以直接应用在多相电路中。利用条件变分的电路优化方法对广义瞬时功率理论进行了数学推导,并从电流检测的角度对电流及功率进行了分解,得到了基于广义瞬时功率理论的电流检测框图。最后对电流检测方法进行了仿真,仿真效果说明基于广义瞬时功率理论电流检测方法的可行性。通过分析发现当在系统中任意选择参考点时,广义瞬时功率理论中的瞬时视在功率和瞬时无功功率均会受参考点选择的影响。描述了这两个功率量与参考点电位之间的函数关系,发现瞬时视在功率和瞬时无功功率均随参考点电位呈现二次函数关系,这种函数关系能够从数学层面解释瞬时视在功率与瞬时无功功率受参考点选择影响的原因。
  对现有各种平均功率理论进行了对比研究,得出基于周期函数空间功率理论适用范围广而对电流和功率的分析过程简单,因而有利于描述功率量与参考点选择之间的函数关系。利用条件变分的电路优化方法对基于周期函数空间功率理论进行了数学推导,重点论述了该理论的电流分解方法和功率定义方法,发现该理论定义的有功功率具有单向传递性,无功功率具有循环传递性。当在系统中任意选择参考点时,该理论定义的视在功率与无功功率也均会受参考点选择的影响。描述了视在功率以及无功功率与参考点电位之间的函数关系,发现视在功率与无功功率随参考点电位的有效值呈现二次函数关系,这种关系也可以在数学层面解释视在功率与无功功率受参考点选择影响的原因。
  为了分析广义瞬时功率理论与基于周期函数空间功率理论之间的关系,对两个理论的功率定义过程进行了分析,得出两个理论对功率的数学定义过程完全相同,只是引入的内积形式不同。正是由于这种内积形式的数学差异,一个理论给出的是瞬时功率理论的功率量,另一个理论给出的是平均功率理论的功率量。
[硕士论文] 吴伟
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电子设备在工作过程中往往会伴有产热现象,完全封闭的屏蔽机箱将会影响设备的正常散热,所以机箱表面通常开有散热孔。然而不加任何防护的直接开孔会降低机箱的屏效,甚至会使屏蔽机箱失去屏蔽能力。考虑到波导管类似一种高通滤波器,电磁波在低于波导截止频率时,会在波导内产生损耗,并且无法在波导内传播。所以在机箱开孔处加上一段波导,既能使机箱内部的元器件正常散热,也能够保证机箱的屏蔽能力。因此,本文以平面波为干扰源,采用 TLM数值仿真算法,研究加在机箱表面的波导散热孔的电磁屏蔽特性。主要内容如下:
  (1)研究加在机箱表面的单根波导散热孔的电磁屏蔽特性。仿真波导孔的形状、长度、壁厚与平面波极化方向等因素对波导孔的截止频率与屏蔽效能的影响。结合平面波在波导内的场分布、平面波的反射与透射原理、均匀无耗传输系统中的模式正交性、截止波导原理等理论对仿真结果进行理论分析与验证。并通过将正六边形波导等效为圆波导计算出正六边形波导的截止频率。
  (2)研究加在机箱表面的阵列波导的电磁屏蔽特性。通过仿真得到阵列波导的形状、长度、间距、位置、开孔面积、开孔数量以及平面波极化方向等因素对阵列波导的截止频率与屏蔽效能的影响。结合单根波导孔的电磁屏蔽特性、谐振腔理论、平面波反射与透射等原理对仿真结果进行理论分析与验证。
  (3)研究由阵列波导构成的通风波导窗的应用。仿真介质或导体穿过波导窗、波导窗安装时产生的缝隙等因素对波导窗屏蔽特性造成的影响。并将安装时产生的缝隙等效为矩形波导,运用矩形波导理论对安装缝隙的仿真结果进行分析。最后在安装缝隙处添加螺钉与屏蔽衬垫,分析添加螺钉数量以及衬垫的电导率、磁导率、面积等因素对波导窗屏蔽特性的影响,得到各参数的最佳使用范围。研究结果有助于波导窗得到有效应用。
[硕士论文] 刘忠鹏
电子科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电磁感应加热设备广泛应用于工业、生活等领域。在电磁感应加热设备实际运行过程中,人为改变被加热的负载或者负载的电参数受到温度、湿度等环境因数的影响,甚至元器件老化,会改变负载电路的固有频率。如果感应加热设备不能适应负载电路固有频率的变化,将会明显降低设备的加热效率。
  本文研究一种针对以上问题的软控制技术,采用STM32单片机和负载检测反馈电路,监测和控制感应加热设备,达到保证加热效率不随负载变化而发生改变的目的。
  软控制技术包含硬件电路和控制程序两方面。首先通过对感应加热设备的逆变电路工作过程进行分析和计算,提出负载和频率检测方案。其次,为了实时监测和控制感应加热设备,设计了STM32系统板,它是控制程序运行的载体。最后,设计负载检测反馈电路、直流稳压电源等辅助电路。在软件设计方面,首先进行功能分析,然后以模块化思想编写控制程序,包括初始化程序、负载检测程序、傅立叶变换程序、移除负载监控及重放负载处理程序、按键扫描程序、温度监控程序、显示及定时程序等,最后将模块化程序连接成完整的控制程序。
  硬件电路和控制软件的测试分为外围电路和系统测试。在市电220V/50HZ输入时,测试直流稳压电源,获得直流电压18V、12V、5V的输出波形。在输入条件为3.3V的矩形波时,测试IGBT驱动电路,获得18V输出矩形波。在12V/50HZ输入条件时,测试负载检测及反馈电路,获得检测波形和反馈波形。系统测试在市电220V/50HZ的条件下进行,首先对感应加热设备有无负载的不同情况下,测试负载检测功能,包括产生IGBT驱动、系统板对外电路的信号采集和存储、程序处理数据获取波形个数的测试。其次,在有负载的条件下测试傅里叶变换程序,在以盛满2L水的430锅具为负载的情况下,测试正常加热功能,并计算加热效率。最后,在移走负载的操作下测试程序对负载的监控功能,在移走负载后又重放负载的操作下,测试程序自动检测锅具并正常加热的功能。通过测试,验证了软控制技术的可行性和正确性。
[硕士论文] 朱兰
计算数学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:寻求高效求解偏微分方程的方法对科学的发展起了很大的作用。例如在工程和航空航天科学、通信等许多领域具有相当重要性的计算电磁学,就是利用数学理论将其转化为求解麦克斯韦方程。而电磁学的应用也促使了求解麦斯威尔方程的计算技术的发展。
  在本文中,我们首先介绍了一些在电磁学中应用于求解Maxwell方程的有效方法,如有限元法、间断伽辽金(DG)方法等。在这些方法的基础上不断改进,发展出了通过引入杂交项求解的杂交间断伽辽金(Hybrid discontinuous Galerkin,HDG)法,它使得方程组最终形成一个只包含杂交项的线性系统。本文就是采用HDG算法来离散求解二维时谐Maxwell方程组。HDG算法不仅保留了DG方法的优点,还减少其全局耦合自由度数目(DOFs),使得求解更快速。然而,一般基于结构化网格的HDG法只适用于形状规则的图形,对于复杂形状的图形则难以适应。非结构化网格很好地解决了这一难题,但同时也要消耗大量计算资源。于是,基于这两种网格而发展出来的混合网格技术便成为了未来的区域剖分技术发展的趋势。
  本文的工作是在基于结合非结构化三角形和结构化四边形的混合网格上使用HDG方法对二维时谐的麦克斯韦方程进行求解。在求解区域的网格生成过程中,将区域剖分成两个部分,内部具有复杂几何的区域离散成非结构的三角形网格,其余外部自由空间离散成结构的四边形网格。在HDG框架下,两种网格的交界处可以很好得到耦合。基于混合网格的HDG算法在保留了HDG法本身适应复杂的几何形状、易得到高精度、hp-自适应和天然的并行性等优点的同时,减小了计算问题的复杂度和规模,使得我们可以得到一个更小的线性系统。同时,混合网格结合了结构网格的灵活性和完备性优点及非结构网格对复杂外形的适应、网格自适应等优点,既满足了对复杂形状的适用,又克服了大量消耗计算资源的不足。文章最后通过普通电磁场介质散射模型以及纳米线散射模型进行数值实验模拟实现此方法,并与一般非结构网格的HDG方法进行比较,得出了在获得相同精度情况下,基于混合网格的HDG方法有更少的自由度,消耗更少的计算时间和计算资源的结果,证明了用基于混合网格的HDG方法求解Maxwell方程组的优越性。
[硕士论文] 孔岩
计算数学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要研究电磁波传播问题的数值算法,工作的目的是丰富应用于无限域以及半无限域中的偏微分方程定解问题的数值计算方法,尝试解决由使用人工边界条件而导致的数值结果的不精确以及误差的不可预测性。本文以间断有限元(DG)与边界元(BEM)耦合方法的应用研究为研究课题。发展了一种杂交间断有限元(HDG)和边界元耦合方法,研究了HDG-BEM方法的耦合形式与适定性分析,并将其应用于数值模拟一些电磁散射模型。
  HDG有很多优点,例如:适合复杂几何图形和非一致结构网格;容易获得高阶精度;hp自适应和易实现并行计算。HDG方法是在单元边界上引入一个杂交变量,使得局部解可以定义,最终形成一个只包含所引入的杂交变量的线性系统。而BEM方法对开放域问题有很好的效果,边界积分方程可以自然满足场值在无穷远处的辐射条件。本文的主要思想是通过HDG方法的边界杂交变量与BEM在边界上进行自然耦合,先计算以杂交项为自由度的线性方程组,再通过杂交项的回带求解区域上的场值。与传统DG方法相比它大大减少全局耦合自由度,因此节省了计算机内存和CPU运算时间。文中分别给出了二维情况下HDG与电场积分方程(EFIE)的HDG-EFIE耦合形式,以及HDG与组合场积分方程(CFIE)的HDG-CFIE耦合形式。对HDG-CFIE做了适定性分析,对HDG-EFIE给出了具体的离散形式和程序实现步骤。我们对二维的几个经典电磁散射问题进行了数值实验,实验目的是展现HDG-BEM方法的精度和在处理含复杂介质以及求解区域为无限域问题时的优点和适应性。实验数据显示本文的方法有很好的精度和收敛速度。
[博士论文] 王新颖
电气工程;电力电子与电力传动 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:基于柔性直流输电的直流电网技术为大规模可再生能源接入、孤岛送电和大型城市供电等电力难题提供了新的解决方案。与交流电网类似,不同电压等级的直流电网需要通过DC/DC变换器(直流变压器)实现互联。有别于传统斩波DC/DC变换器,适用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器需具备能量双向流动、潮流可控以及故障隔离等功能。目前,针对直流电网用高压DC/DC变换器的研究尚处于电路拓扑设计、仿真分析和原理样机验证阶段。因此,本文以直流电网互联用高压DC/DC变换器为研究对象,对变换器的电气拓扑、数学建模、参数设计及其控制策略进行了研究。
  1、针对现有拓扑中所用大容量中频变压器和滤波装置的制造难题,基于变换器能量流的共性研究,提炼了非隔离型变换器的构造方式,进而提出一种T型DC/DC变换器。所提拓扑无需大容量中频变压器,且省去了直流侧较大的电感滤波装置,工程适用性强;该拓扑可扩展至多端口DC/DC变换器,实现多个不同电压等级的直流线路互联,并具备直流故障电流抑制功能,丰富了直流系统保护措施。
  2、针对模块化多电平DC/DC变换器中桥臂子模块投切随机性强、开关周期接近基波周期等特点,提出了桥臂等效开关周期平均化建模方法;在此基础上,建立了T型DC/DC变换器状态空间平均模型,包括桥臂电流和子模块电容电压时域动态模型;进而推导了T型DC/DC变换器动态相量模型和线性化小信号模型,为系统稳态工作点的求解和控制器设计提供了数学基础。
  3、研究了T型DC/DC变换器中子模块个数、电容和桥臂电感等设计方法以及半桥与全桥混合型桥臂中功率器件损耗的计算方法;进而研究了以变换器功率器件损耗最小为目标的主电路参数优化设计方法。通过相同电压等级和器件参数下不同电气拓扑的对比设计表明:在满足系统故障电流抑制条件下,T型DC/DC变换器所需配置的子模块数量相对较少,装置功率损耗较低,具有良好的技术和经济性。
  4、针对中高频运行工况下高压DC/DC变换器功率器件损耗增加和数字控制系统运算量增大等系列问题,提出了一种适用于高压DC/DC变换器的基频调制策略以及电压与子模块电容电压增量双排序均压控制,可实现基波周期内桥臂子模块仅投入切除一次,且排序均压算法仅运算一次,确保在有效降低功率器件损耗的同时亦能实现子模块电容电压均衡。
  5、针对直流系统中DC/DC变换器输出电压、电流和传递功率等系统级控制要求,提出了T型DC/DC变换器的功率控制策略,包括桥臂公共点电压控制和内部桥臂能量均衡控制。该控制策略物理意义明确、控制结构简单且适用于多端口T型DC/DC变换器。通过仿真和实验验证了所提拓扑及控制策略能够实现潮流反转、多个电压等级变换和直流短路故障电流抑制等功能,并具有较好的静态和动态性能。
[硕士论文] 位静云
电子科学与技术;电磁场与微波技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着军事科技的快速发展,军事目标的电磁散射特性分析、设计、识别变得尤为重要。积分方程作为电磁场中计算结果精度较高的一种数值方法,在计算电磁散射方面得到了广泛的发展和应用。基于等效原理的PMCHW方程因其生成的阻抗矩阵具有很好的数值特性而被广泛应用,并且与电场积分方程(EFIE)组合后可处理导体与介质混合目标的电磁散射问题,如飞行器、有限介质基板上的微带天线以及介质天线等电磁问题。本文基于EFIE-PMCHW(简称E-PMCHW)方程组开展如下工作:
  (1)研究并实现了EFIE与PMCHW方程相结合(E-PMCHW)的混合算法,并对三维导体介质混合目标的电磁散射特性进行了准确分析。其中,研究并解决了导体与介质混合结构中连接边的问题。
  (2)研究了特征基函数法(CBF-Ⅱ)和自适应交叉近似(ACA)的低秩分解方法的基本原理,实现了CBF-Ⅱ-ACA混合算法,并成功应用于导体目标电磁散射特性的分析。
  (3)将CBF-Ⅱ与E-PMCHW方程相结合,研究并实现了E-PMCHW-CBF-Ⅱ混合算法,使得阻抗矩阵的尺寸由N×N降为nM×nM,其中nM=N,有效地降低了内存消耗。为进一步降低矩阵向量乘积的计算复杂度,本文利用自适应交叉近似法,加快矩阵的填充速度,提高计算效率,最终提出并实现了E-PMCHW-CBF-Ⅱ-ACA的混合算法,并通过数值算例验证了本算法的正确性和有效性。
  (4)本文在上述工作的基础上进一步研究了基于奇异值分解(SVD)且与激励无关的特征基函数法(CBF)的基本原理,并实现了基于SVD的CBF-ACA的混合算法,其构造的特征基函数与激励和极化方式均无关,矩阵得到有效压缩,可直接用LU分解法求解,避免了迭代法的收敛性问题,可快速分析导体目标的电磁散射特性。将SVD-CBF与PMCHW方程相结合,实现了SVD-CBF-PMCHW混合算法,可应用于介质目标的电磁散射特性分析。并通过与商业软件FEKO结果对比,验证了算法的正确性。
[硕士论文] 张高超
电磁场与微波技术 安徽大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着计算电磁学的蓬勃发展,计算电磁学方法不断的更新,在社会的众多领域做出了杰出的贡献,例如在现代无线电通讯、航天航空、超材料、色散媒质等领域得到了很好的应用和发展。期间,有关计算电磁学的学术项目,学术实验室,学术会议还有相应的学术论文大量的增加。同时,以计算电磁学为基础的商业软件和实际应用产品在社会的众多领域不断的涌现出来。计算电磁学可以说是取得了很高的成就。计算电磁学算法层出不穷,主要的杰出代表包括:离散麦克斯韦方程的时域有限差分法,离散矢量波动方程的有限元法,离散积分方程的矩量法。
  从1966年到Yee网格提出至今,经典的时域有限差分法以操作简单,便于并行,概念清晰,通用性强等优点在各个领域得到了很广泛的运用。经典的时域有限差分法最主要有一下有两大缺点:一,在网格方向上演进,所以在模拟一些不连续材质中存在一定的困难。二,由于各向异性、数值色散性、数值稳定性的影响,随着时间的积累时域有限差分法的数值误差会越来越大,导致了计算结果的失真。
  同时,传统的时域有限差分法必须始终满足时间和空间上的稳定性条件。为了打破传统稳定性条件的约束,实现显式的高稳定,本文采用空间滤波的方法。时域有限差分法在空间频域上对数值精度,数值色散有影响的是在低频部分,而高频部分的影响很小,可以忽略不计,所以通过在空间频域中滤除高频的部分,只保留低频部分,这样可是实现时间步的任意取值,完成显式的高稳定,极大的加快了运行速度和效率,并且不会影响到计算结果的精确度。
  为了解决上述问题,本文对高稳定度的辛时域有限差分法进行了系统研究。辛时域有限差分法依然必须要满足稳定性条件,时间和空间的交替差分依然受到严格的限制。本文在时间方向上,通过高阶辛积分和滤除空间高次谐波的方法,打破了传统的稳定性条件,实现显式的高稳定,同时能在长期仿真中保持麦克斯韦方程的辛结构,极大的提高了运行的效率,大大的缩减了运行时间,并且提高了计算结果的精度;在空间方向上,采用了高阶交错差分,提高了数值精度,减小数值色散;在网格剖分上,采用亚网格模型结合空间滤波的方法解决材质的不连续性问题。通过上述的算法和模型,来建立更加快速,高精度的时域解决方案。
[硕士论文] 孙长兴
电路与系统 河南师范大学 2017(学位年度)
摘要:无线电能传输(wireless power transfer,WPT)是一种新能量传输方式。其中,电磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT)是基于相同谐振频率的物体之间能够高效率的传输能量这一原理,进行能量无线交换的传输方式。目前该技术处于研究初期阶段,很多关键性技术有待提高。谐振线圈距离的变化,将引起MCR-WPT系统的传输效率剧烈变化。为了保持负载端实时以最大效率运行,文章主要介绍了一种最大效率控制方法,该方法将一定的调节策略引入PSO算法,在搜索过程中优化算法群规模,确保算法能够获得全局最优值与快速收敛。分析结果表明,所提的方法能够迅速找到当前距离下最大传输效率对应的谐振频率,使接收端实时以最大效率运行;并将不同群规模变化方式的粒子群算法搜寻效果进行比较,找出了一种最优的方法。
  本研究介绍了无线电能传输的研究背景、发展历史及国内外研究现状,并对这一研究领域的相关热点问题进行了简要介绍;描述了该技术的应用领域,简单介绍无线电能传输技术几种分类;着重分析了谐振式无线电能传输方式,针对串联谐振式拓扑结构建模分析;对影响无线电能传输的几个因素进行分析,并提出了一种MCR-WPT最大传输效率的控制方法,运用MATLAB仿真工具进行了仿真分析。设计了实验验证,实验部分包括信号发生器、功率放大器、谐振线圈等,并逐步介绍主要部分的设计思路;最后设计了MCR-WPT最大传输效率充电系统进行仿真验证,验证提出方法的可行性。
[硕士论文] 高伟康
电子与通信工程 河南师范大学 2017(学位年度)
摘要:磁耦合谐振式无线电能传输技术(wireless power transfer via magnetic resonancecoupling,WPT/MRC)具有传输距离远、输出效率高、方向性好、抗干扰能力强、对环境影响小等优点。电磁耦合谐振式无线电能传输是基于相同谐振频率的物体之间能够高效率的传输能量这一原理,进行能量无线交换的传输方式。但是,已有研究发现,WPT/MRC系统在较近距离传输时会发生严重的频率分裂现象,使系统的传输效率下降。为了抑制上述现象,本文从收发线圈结构出发,通过改变收发线圈的结构削弱收发线圈距离过近时两者间的磁过耦合现象,从而抑制或消除频率分裂现象的发生,实现在近距离传输时WPT/MRC系统性能的优化。
  本研究针对耦合模理论、电路理论、散射矩阵理论等三种常用的WPT/MRC系统传输理论进行了分析。分析结果表明,散射矩阵理论适合于无线电熊传输系统输入源阻抗与负载阻抗相匹配的场合,符合设计要求,有利于进行WPT/MRC系统的建模、仿真和优化设计。在散射矩阵理论的基础上,分别对单向发射线圈、正反向并联发射线圈和正向并联发射线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统进行建模,通过计算得到了功率传输比和效率最高情况下的最优发射线圈参数。此外,通过仿真软件对所建系统模型进行数值仿真,得出线圈结构优化参数用于实验验证。搭建了一般发射线圈、正反向串联发射线圈和正向并联发射线圈WPT/MRC系统实验测试平台,并对三种不同发射线圈的WPT/MRC系统的传输性能进行了测试分析。实验结果表明正反向串联发射线圈和正向并联发射线圈磁耦合无线电能传输系统对频率分裂抑制效果的有效性。
[硕士论文] 薛建军
控制科学与工程 浙江工业大学 2017(学位年度)
摘要:基于原有均流接口电路和电能回馈策略提出的插入式电能回馈电路,克服了原有均流接口电路在输入/输出压差耐受方面较弱的缺陷,同时具有较高的效率。插入式电能回馈电路在不同的应用场合中有不同的电路拓扑结构并且可在相应控制方法的控制下满足应用需求,且具有可扩展性高、灵活方便等特点。
  首先本文介绍了应用于功率模块均流、LED阵列驱动和光伏阵列的插入式电能回馈电路,但本文主要研究应用于LED阵列驱动和光伏阵列的2种插入式电能回馈电路拓扑及控制。
  然后本文对一种应用于LED阵列驱动的插入式电能回馈电路(即能馈式LED阵列驱动接口电路)及控制进行研究,分析电路的工作原理,推导主要的关系式,并提出一种最高效率工作点定位的控制方法,使能馈式LED阵列驱动接口电路能自动地找到并最终运行于效率最高或次高的工作状态,并制作了单通道样机。单通道样机的实验结果表明:可最高效率工作点定位的能馈式LED阵列驱动接口电路在负载正常的情况下可高概率地实现效率的极大化;在负载故障的情况下可高概率地实现损耗的极小化;且在整个负载范围内VCal和D1的实测值与理论计算值大致相符,实测波形图与理论波形图也大致相符。基于最高效率工作点定位的控制方法进一步提出一种最高效率工作点跟踪的控制方法,使能馈式LED阵列驱动接口电路在负载变化的情况下能跟踪最高效率工作点,并制作了3通道样机。3通道样机的实验结果表明:最高效率工作点跟踪的能馈式LED阵列驱动接口电路可高效率地驱动不规则LED阵列,且在负载固定的情况下可高概率得实现效率的极大化,在负载变化后可高概率得重新实现效率的极大化。
  最后本文对一种应用于光伏阵列的插入式电能回馈电路(即能馈式MPPT接口电路)及控制进行研究,分析电路的工作原理,设计并搭建了一个单通道的能馈式MPPT接口电路的Matlab/Simulink仿真电路,仿真结果表明:单通道的仿真电路能快速并准确地定位到光伏子阵列的最大功率点,并能及时发现环境条件变化从而重新寻找光伏子阵列的最大功率点,而且仿真波形图与理论波形图相符。
[硕士论文] 王超
电力电子与电力传动 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:本研究基于工程电磁场基本原理,考虑谐波流过导体时集肤效应的影响,对电流密度的分布进行研究,探究了导体材料、半径及流过导体电流的频率对电流密度分布的影响,提出了一种计及集肤效应影响的导体谐波电阻的计算方法。对谐波损耗的可叠加性进行证明,并在此基础上提出了更为精确地导体谐波损耗的求取方法,给出IEC算例说明由集肤效应所带来的额外的谐波损耗不可忽略,为谐波网损精确计算及设备发热控制等问题提供理论指导。为验证所提出的导体谐波电阻计算方法及谐波损耗的可叠加性,设计制造了谐波发生器,并对其主电路拓扑,谐波电流发生控制算法等进行了研究。为降低开关损耗,主电路拓扑分为低频和高频两种模块,控制算法采用差异化控制,实现了基波和谐波电流的独立高精度控制。根据设计方案制造了低压样机并进行了谐波电阻与流过导体谐波电流频率的关系探究实验及谐波损耗可叠加性实验。实验结果证明,铁磁性导体比抗磁性导体因集肤效应所带来谐波电阻的增量更加明显,所提出的导体谐波电阻计算方法比现有的理论更能反映实际工况中谐波电阻的变化规律,以及不同次的谐波在导体上产生的谐波损耗具有可叠加性。
[硕士论文] 段然
电气工程 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:大长度交联聚乙烯高压直流电缆的技术难点是相连接头的设计与制造。相比于整体预制式电缆接头,模塑式软接头的填充绝缘与本体绝缘材料相同,不存在活动界面和复合结构,因此具有更强的电气稳定性。但在实际应用中发现,模塑式软接头的故障主要由内部缺陷引发。通常认为,绝缘屏蔽恢复处理不光滑会引入缺陷,而在挤塑过程中熔体的流动过程是否会产生局部气隙同样是电缆行业普遍关注的问题。由于软接头制作采用的模具是封闭容器,因此观察熔体在其内部的流动形态较为困难。除此之外,随着电网容量的升级和电缆绝缘材料的不断发展,产生了将传统浸渍纸绝缘电缆与交联聚乙烯直流电缆进行连接的实际需求,而用于这两种不同绝缘材料电缆的复合接头还亟待研究和开发。
  本研究利用Polyflow流体仿真软件模拟软接头挤塑制作时聚乙烯的流动过程,分析熔体在流道中流动时可能形成气泡的情况,同时利用设计搭建的可视化模注实验平台进行挤塑实验,实际注塑和数值仿真的结果共同显示了流动过程中存在残留气泡的情况,采用本研究中可视化模注平台联合Polyflow流体仿真的实验方法可为软接头实际生产模具的改进提供可借鉴的研究方案,提高软接头的产品质量和成品率。利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件耦合温度场计算了不同温度梯度下硅橡胶整体预制式电缆接头的电场分布。结果表明:随着温度的升高,接头应力锥根部硅橡胶侧的场强较为集中。通过仿真发现,当模塑式软接头内部绝缘界面含有凸起、凹陷或气泡缺陷时会导致其电场发生畸变,继而引发绝缘局部放电造成击穿。而在绝缘外屏蔽恢复根部,增厚绝缘向本体绝缘过渡区过短也会产生该区域电场集中。对于连接粘性浸渍纸绝缘直流电缆和交联聚乙烯直流电缆的复合绝缘接头,仿真分析了分别采用粘性浸渍纸和聚四氟乙烯带作为增绕绝缘的复合接头的直流稳态电场分布。结果显示:增绕绝缘选取电导率略低于工厂绝缘的材料,可明显改善应力锥根部的电场分布。从电场均化的角度考虑,采用粘性浸渍纸绝缘做增绕绝缘比采用聚四氟乙烯做增绕绝缘更具优势,而考虑到正常工作温度下选用两种材料效果差别不大以及聚四氟乙烯更强的物理机械性能,因此推荐选择聚四氟乙烯作为增绕材料,仿真研究结果对此种复合接头的研究和开发具有指导意义。
[硕士论文] 毛卫军
电路与系统 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:随着电子产品以及便携式设备的发展,人们对电源的简便性和可靠性的要求越来越高,而无线能量传输技术的使用,能够满足人们的这一需求。无线能量传输技术应用非常广泛,大到电动汽车的无线充电,小到片上芯片之间的无线能量传输,而这些技术的关键是用于发射和接收能量的耦合电感对以及无线收发电路。本文探讨了无线能量传输技术的两个特殊应用环境,分别是芯片内无线能量传输技术和高压输电线上的自取能技术,探讨这两个环境下的能量发射和恢复问题。
  本文首先介绍了无线能量传输系统工作的原理,分析基于电感耦合系统的能量恢复效率以及优化方法。介绍使用HFSS(High Frequency Structure Simulator)软件仿真电感,并且给出片上电感的设计原则。最终,用仿真得到的电感参数设计了基于smic18mmrf的片上芯片无线能量传输系统。该芯片最终能够传输大约16mW功率,输出电压能达到1.4V,输出电流达到11.7mA,能量密度达到了878mW/mm2。整块芯片完成了从原理图设计到版图交付流片的过程。在高压输电线自取能项目中,基于电磁感应原理,我们重新设计了取能线圈的样式,推导出新模型下的线圈感应电压并且用实验证明了新型结构的实用性与推导理论的可靠性。将新型取能线圈结构与CMOS技术结合,将除去感应线圈与滤波电容的其他模块用CMOS技术集成在一颗芯片上。这样做的好处是,不仅能够减小整个取能系统的体积,使其更灵活地应用在所需场所,还使得这与检测模块电路兼容,这也为以后整个取能供电模块以及监测模块集成为一个片上系统成为可能。实验结果显示,新型取能线圈能够恢复出不低于50mW的功率。
[博士论文] Shafiullah Khan
电气工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:电磁场逆问题的研究历史已逾百年。电磁场逆问题一般指电磁装置的优化设计问题,而这类问题普遍存在于现实世界和工程领域。目前求解电磁场逆问题的通用方法是把它分解为一系列正问题,然后借助于优化算法迭代求解;因而,优化算法和正问题的数值分析方法为电磁场逆问题研究的两个主要内容。在求解逆问题时,由于在每一迭代步中都需进行至少一次高精度的数值计算(通常为有限元分析),因而,相比于正问题求解,逆问题的分析与计算需要巨大的计算资源。为了解决上述问题,进入本世纪后,人们一直在不断努力以构建电磁场逆问题的通用求解方法。实际上,借助于数值方法,人们成功解决了许多实际电磁场问题的分析和计算。电子计算机技术和工业技术的不断进步和发展也极大促进了各种新的数值方法在电磁场逆问题中的研究和应用。已如前述,电磁场逆问题的分析和计算一般将其转换成一系列正问题,然后采取优化算法进行迭代求解。因此,优化算法是电磁场逆问题研究的重要内容。在优化算法研究方面,过去的20年里,基于种群的优化算法已经成为了优化技术中不可以缺少的方法和工具。
  本文系统地分析和研究了一类全局随机类优化算法:粒子群优化算法的发展历程,本文工作的主要思想为:提出了一种白适应的变异算子,一种采用锦标赛策略的最优粒子选择方法和一种运用变异机制的最优粒子选择策略;还提出了针对传统PSO算法的参数设置新策略。为避免早熟现象,提出了PSO改进算法一。改进算法一通过设置一个特定的选择比例,自适应变异个体最优粒子和全局最优粒子。为保证搜索过程中粒子的多样性及探索更广阔的搜索空间,本文提出了改进PSO算法二。改进算法二提出了一种新的全局最优解。此外,改进算法二还提出了基本参数的动态变化策略,实现了全局搜索和局部搜索的平衡。为改善搜索过程并控制优化过程后期种群的多样性,本文提出了改进PSO算法三。改进算法三提出应用变异机制从当前种群中选择新的最优粒子;此外,改进算法三还提出了PSO基本参数的动态变化策略以保证全局搜索和局部搜索的平衡。上述的新策略不仅提高了传统PSO的寻优性能还避免了PSO搜索过程易发生的早熟现象。为验证上述三种PSO改进算法,选择不同标准数学测试函数和典型电磁场设计问题:TEAM22(workshop problem22)进行了实例计算,并与其他现有的方法进行了对比分析。数值计算结果和统计分析表明,本文提出的改进算法与其他PSO随机算法相比有着更好的性能和优势。
[硕士论文] 邱玉婷
电气工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:为了从理论上验证三芯交流电缆改直流运行的可行性并确定电缆改造后的电压等级和额定电流,针对电缆直流运行时绝缘层的温度场和电场进行一系列研究。选用配电网典型电力电缆----额定电压为35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE电缆进行交流电缆改直流双极运行的研究,将电缆视为无限长,简化电缆结构,搭建了三芯XLPE交流电缆的二维平面模型。
  本研究主要内容包括:⑴采用经典热路法进行载流量的解析计算,得到空气敷设温度为40℃时电缆载流量的解析计算结果297A;采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件进行电缆稳态运行时电热耦合场的仿真验证,模拟空气敷设环境(空气温度为40℃),对电缆直流运行时的温度场进行稳态仿真,得到载流量为302.1A;改变环境温度,得到不同的载流量,发现空气温度和对应的载流量基本呈线性关系,温度每升高1℃,载流量降低3.97A。综合解析计算结果与仿真结果,额定电压为35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE电缆直流稳态载流量取为300A。⑵分析了电缆在交流运行情况下与直流的运行情况下绝缘层电场分布的区别;对于XLPE绝缘材料,在70℃下空间电荷开始积累的电场强度阈值约为3~5kV/mm。因此,为了避免绝缘材料中空间电荷的积累,绝缘层中的最大电场强度要低于阈值范围3~5kV/mm,电缆空载运行时,需控制外加直流电压低于±27kV~±45kV。在具体交改直工程中可视原交流电缆运行年限及老化程度选择直流改造后的运行电压。电缆在±30kV直流电压稳定运行后叠加210kV反极性雷电冲击电压时,绝缘层上的最大场强达到约29.58kV/mm,能够安全运行。考虑一定的裕度以及现有直流电压等级,建议35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE电缆改造为直流运行后选取±30kV的额定工作电压。⑶额定电压为35kV的YJV43-3×120mm2型三芯交流XLPE电缆在交流运行状态下载流量约为290A,功率因数取0.85,最大输送容量为15MW;改为直流运行后,输送容量扩展至18MW,输送容量约扩大为原来的1.2倍。三芯交流XLPE电缆改为直流运行为配电网增容改造提供了一种新思路。
[硕士论文] 高玉青
电气工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:无线电能传输技术自尼古拉·特斯拉提出以来,逐渐成为研究热点,目前小功率无线充电已经在电动牙刷等部分家电产品中实用化,现在又扩大到了智能手机、生物医学、以及较大功率的电动汽车等领域,但是无论是何种功率等级的无线电能传输系统,其相应的理论研究都尚不充分。因此本文针对手机和电动汽车两种不同功率等级的谐振式无线电能传输系统开展了理论与试验研究。
  本文首先介绍了谐振式无线电能传输的相关原理,给出了两种谐振模型的电路结构,并对比了四种基本拓扑结构的电路参数和特性。在此基础上,基于双负载串串式谐振电能传输系统,结合耦合模理论,给出系统效率的表达式和计算模型。在考虑接收端相互耦合的情况下,应用Matlab仿真分析了系统传输效率随固有衰减率和耦合系数的影响。针对铝合金外壳手机的无线充电背景,应用JMAG软件分析了传输路径中加入铝板障碍物对电磁场分布的影响。此外,以等效电路法研究了多接收端系统的电压比特性及频率偏移特性,并采用了自动频率跟踪和补偿电容调谐两种优化工作点的方法。搭建了96kHz的谐振式无线电能传输系统实验平台进行理论分析的验证。针对大功率的电动汽车无线充电,基于上述理论分析,结合电路分析与有限元电磁场仿真,设计并搭建了2.5kW的无线充电系统原型样机平台,并进行了相关试验,实验结果表明工作频率、充电距离、输出功率及传输效率等各项参数均符合要求。
[博士论文] 郭兰维
电磁场与微波技术 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:目标与非均匀背景电磁特性一体化分析具有重大的科学和应用意义,而平面分层媒质或半空间中目标与背景复合散射分析是目标与环境一体化建模的基础。本文基于平面分层媒质并矢格林函数(PLDGF)建立起平面分层媒质或者半空间背景中的目标与背景电磁场复合散射的一体化数值分析模型,并针对基于 PLDGF的积分方程矩量法求解和积分方程快速方法,以及多尺度问题的积分方程区域分解方法(IE-DDM)等几个关键技术进行了深入研究。本文的主要研究内容如下:
  本文首先基于矢量波函数展开和引向矢量位的方法详细推导了场型平面分层媒质并矢格林函数的表达式,并通过对偶原理得到了对一般电介质和磁介质适用的PLDGF的表达式。针对PLDGF的高效计算,本文分析和总结了Sommerfeld积分的特点,并重点讨论了两种Sommerfeld积分的高效计算方法:采用加权平均变换方法或矩阵束拟合方法加速尾部积分的直接积分方法,以及采用三级路径的离散复镜像方法。
  其次,本文从电磁场的面等效原理出发,结合平面分层介质内的边界条件,详细推导了平面分层媒质情形的表面积分方程,并定义了四类积分方程算子。分别基于几何建模,网格离散,基函数定义和矩阵系统的求解等四个方面详细讨论了平面分层媒质矩量法(MoM)实现的一些关键技术。为了降低场型分层媒质并矢格林函数的奇异性,本文充分利用分部积分和矢量恒等式等数学技巧,推导出适用于矩量法的矩阵友好型表达形式,使得场型格林函数具有了和常用位型格林函数类似的性质,易于MoM的求解。这些研究为后续积分方程快速方法的研究奠定了基础。
  针对矩量法数值求解基于半空间背景格林函数的积分方程效率低的问题,本文研究了三种积分方程快速方法。其中包括依赖于积分核的预修正快速傅里叶变换方法(p-FFT)和半空间多层多极子方法(MLFMA),以及不依赖于积分核的多层自适应交叉近似方法(MLACA)。特别的,本文提出采用矩阵变换的方法将半空间背景格林函数形成的传输矩阵变换为适合三维傅里叶变换的Toeplitz矩阵,实现了三维p-FFT加速半空间背景积分方程的矩矢积。针对p-FFT采用混合场积分方程(CFIE)占用内存较多,以及电场积分方程(EFIE)形成矩阵的条件数较差的问题,提出对角微扰的双阀值不完全LU分解预条件(DP-ILUT)。该预条件结合电场积分方程和预修正快速傅里叶变换方法能够得到较高的效率和精度。随后介绍了半空间MLFMA和MLACA的原理和实现过程,并通过数值算例说明和总结了三种方法在平面分层媒质背景中实现的优点和缺点。
  大部分文献中介绍的积分方程区域分解方法都是针对的均匀无界空间,本文将自由空间背景的IE-DDM方法引入到半空间背景中的电大复杂多尺度目标的电磁散射分析。首先针对金属目标,本文通过详细的公式推导得到了基于半空间格林函数的积分方程区域分解方法,并通过雅克比块预条件形式的内外迭代方法实现IE-DDM系统矩阵的求解。特别地,针对传统快速方法求解多尺度问题带来的近区过大和收敛性较慢的问题,提出多网格预修正快速傅里叶变换方法(MG-p-FFT)。该方法充分结合区域分解方法,有效的减少了内存和计算时间。其次针对金属介质复合目标,本文基于前人的工作,提出了半空间背景中基于电流和磁流混合场积分方程(JMCFIE)的新型积分方程区域分解方法。该方法不仅结合传统Robin型传输条件强加电流和磁流的连续性,而且提出保留交界面处电场和磁场的全局耦合来保证电场和磁场的连续性。该方法可被看做新的传输条件,能进一步减少交界面处的物理反射,最终得到了性态良好的区域分解系统矩阵。最后通过数值实验表明新型传输条件的区域分解方法能有效降低外迭代的次数,提高IE-DDM的求解效率。
  为了进一步提高积分方程方法分析半空间背景中任意三维导体目标电磁散射的效率,本文将基于曲面三角形贴片的高阶叠层矢量基函数(HOHVB)同IE-DDM结合,实现了按区域任意选择高阶基函数阶数的高阶区域分解方法。最后总结全文的工作,并充分理解区域分解方法“分而治之”的思想,提出将HOHVB、MLACA和半空间 MLFMA方法有机的植入到积分方程区域分解框架,充分的发挥了每种方法的优势。最终形成了根据研究对象可自主选择基函数阶数和积分方程快速方法的混合求解器,能够高效分析半空间背景中任意位置目标的电磁特性。数值实验表明,该混合方法极大的减少了未知量的规模,降低了求解半空间背景积分方程的计算和存储需求。
  本文的研究工作是目标与环境电磁特性一体化建模的基础研究,为分析平面分层媒质内目标的电磁散射提供了有效的途径,并为进一步对实际工程中真实电大多尺度目标的电磁特性数值仿真奠定了坚实的基础。独立开发的程序易于维护和扩展,并通过数值实验验证了其精度和计算能力。
[硕士论文] 彭岚峰
电子与通信工程 南昌大学 2016(学位年度)
摘要:电工电子学课程是非电相关专业的重要基础课程,对掌握这些专业的后续课程内容具有重要的意义。然而根据多年的教学经验却发现学生掌握与理解基础课程知识的能力水平越来越低。归究原因在于现代科学更注意各学科间知识的综合运用,更注重如何创新与实践。
  从现实情况看,提高创新意识,加强实践运用已成为教学的趋势。如何打破传统教学思维方式,改变填鸭式教学的现状已是时代的要求。为此,本文从保留验证实验的角度出发,以扩展创新性实验区域为主线可极大开拓学生的视野,激发学生的兴趣。提出并实现了一种新的实验平台的设计。本文设计的实验平台分区域设置了电路分析区、数字电路区、模拟电路区、综合实验区和简易仪器仪表区。即可完成涉及到电工电子学的验证性实验,也能完成综合性实验及创新型实验。
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