为研究小型断路器(MCB)外壳材料的机械强度、抗高温电弧能力、产气量和介质恢复强度等特性,以及结构形式对其短路分断能力的影响,基于小型断路器外壳材料从某热固性的团状模塑料(BMC)改为某热塑性的PA6尼龙塑料的设计和某PA6材料特性,对外壳结构进行初步优化,通过不同外壳材料与结构的组合方案进行短路分断试验并获得试验数据。基于试验数据与试验后拆样信息划分燃弧阶段,探究各阶段燃弧时间、能量分布、稳定性与外壳材料及结构的关系,进行二次结构优化设计,最终通过短路分断试验。试验结果表明,热固改热塑的结构优化合理,对小型断路器短路分断试验的分析方法有效,可为同类产品热固改热塑设计与分析提供参考。
相较于机械式断路器,固态断路器因其更快的分断速度和更高的寿命等优点被广泛关注。介绍了一种基于SiC器件的低压直流固态断路器拓扑和工作原理,分析其技术难点,包括低感封装及器件设计、隔离开关技术和快速故障识别技术。研制了一种±375 V直流固态断路器样机,同时进行了故障电流关断测试和温升测试。结果表明所设计直流固态断路器能够在百微秒内实现1 kA短路电流分断,并具备快速故障识别、保护曲线可编程、外部通信与远程控制等功能。
在简述塑壳式断路器操作机构的动作原理基础上,以某型号双断点塑壳断路器为设计研究对象,运用ADAMS分析软件计算得出触头三要素、触头分合闸速度、机构分合闸力、分合闸行程、分合闸时间等操作机构的重要参数。仿真得到的参数与样机的实测参数误差极小,进而为塑壳断路器操作机构关键参数的设计提供了一种方法。
为了提高传统电磁式接触器分断电流的能力,并解决大开距下合闸功耗高、动铁心冲击力大、铁心磨损严重等问题,设计一种具有可控开距的接触器。通过结构改进,增大传统交流接触器结构层面可打开开距,利用基于单片机的控制电路识别分断电流,并在分断过程中对励磁线圈施加不同宽度的脉冲电流,使接触器在不同分断电流下具有不同的开距,完成分断后触头回到小开距的平衡位置。通过实验,验证了所设计的接触器具有可控开距的功能。
常规电流注入式直流断路器采用快速真空开关并联包含IGCT的电力电子组件,来实现断路器额定电流与短路电流开断的任务。针对单断口直流断路器,在额定电流开断过程中,快速真空开关断口电流自然转移至IGCT电力电子组件存在换流失败现象,以及大短路电流开断工况下,快速真空开关断口存在一定概率出现电弧重燃现象,提出由两台快速真空开关串联的设计方式形成双断口直流断路器的改进方案,并对两台快速真空开关影响开断性能的主要参数进行边界能力分析。通过仿真与实验验证,双断口直流断路器可以有效消除换流失败与电弧重燃现象,从而提高断路器的可靠性以及工程实际应用的可行性。
基于局部放电检测是电气设备绝缘状态评估重要和有效的方法,变压器发生局部放电时在其铁心接地线会产生高频脉冲电流,同时变压器铁心泄漏电流也可反映变压器铁心多点接地故障,提出一种使用超带宽高频电流互感器监测变压器局部放电故障与铁心多点接地故障的联合诊断方法。搭建局部放电检测系统模拟变压器的局部放电,设计了两种信号预处理电路分别提取变压器铁心接地线高频电流以及泄漏电流信息,使用谐波分析法提取泄漏电流的基波幅值,针对变压器局部放电故障电流采用基于遗传算法的BP神经网络进行故障分类,并验证了模型的准确性。
对永磁同步风力发电机转子早期动偏心和早期静偏心故障的特点和诊断方法进行研究,通过Ansys建立永磁同步风力发电机的早期动偏心和早期静偏心模型,提出一种基于CNN-LSTM的故障诊断和分类方法。通过对永磁同步风力发电机定子三相电流及其Welch功率谱数据的分析,判断是否为正常的动偏心趋势和静偏心趋势;然后通过空载电动势对不同故障程度进行分类。最后,在神经网络模型中完成故障诊断和分类任务。所提方法大大降低了设备维修成本,可准确快速地识别转子早期偏心故障。
现场运行中的新型环保气体环网柜,根据用户需求,其中三工位接地开关和主开关布置方式存在差异,为满足标准中关于接地开关须具有关合短路电流能力的要求,鉴于安规及国网环网柜标准化规定,对运行中环保气体环网柜进行抽检试验。通过接地开关关合电流试验回路、试验过程、国家标准要求、试验的技术指标、关合能力影响因素等几方面进行了阐述。试验表明具有下三工位接地开关的环保气体环网柜,经过优化设计后顺利通过接地开关短路关合试验,为现场运行提供依据。
大容量交流接触器使用时负载电流大、功率因数小、电弧熄灭时能量大,对灭弧系统要求高。通过理论分析、高速摄影和电寿命试验等方法研究不同触头系统和灭弧系统的灭弧能力,为提升大容量交流接触器电寿命和使用可靠性提供参考。
在高压直流接触器的磁吹灭弧系统中,当电弧燃烧时常采用永磁体拉长电弧致其熄灭,而熄弧时间又直接影响到产品的寿命次数。研究表明永磁体磁感应强度越强,熄弧时间越短,但触点中心磁感应强度与永磁体的几何中心磁感应强度有直接关系。通过仿真优化常用磁吹灭弧系统结构形式,减小单个永磁体几何中心磁感应强度,提高磁吹灭弧系统空间磁感应强度,以提升高压直流接触器产品的生产效率及寿命次数。
电弧重燃是延长高压直流继电器开断时间的重要原因。为了研究灭弧室内电弧重燃特性,利用Comso1 Multiphysics软件仿真获得永磁体磁场,作为电弧仿真的基础条件,仿真分析磁场强度、开断速度、触头形状和气氛压力作用下电弧动态特性及电弧重燃的原因;设计4因素3水平正交试验,并结合仿真研究各因素对电弧重燃的影响程度。结果表明,电弧间隙的散热条件和电弧电压反施加于弧隙的电场强度是电弧重燃的重要原因;散热条件越差或电弧电压反施加的电场强度越高,越容易发生电弧重燃;4个因素对电弧重燃的影响程度依次为开断速度、气氛压力、触头形状和磁场强度。
针对传统恒定导通时间控制的临界Boost-PFC电路存在明显交越失真的现象,导致网侧特性较差的问题,提出了3种简化的变导通时间(VOT)控制策略。对所提3种VOT控制策略进行详细的对比分析,最后进行计算机仿真和200 W样机实验验证。计算机仿真和实验结果均表明,所提3种VOT控制策略均能有效改善电路的网侧特性,并能提高电路的效率。
针对传统低压直流断路器,电流反向时磁场单向会导致其灭弧能力减弱的问题,建立基于COMSOL无极性低压直流断路器电弧仿真模型。分析在电流反向下无极性低压直流断路器的电弧运动,研究磁场和电流对无极性低压直流断路器灭弧能力的影响。仿真结果表明,无极性低压直流断路器可以消除电流反向对电弧运动的阻碍作用,并在240 mT和16 A下灭弧能力最强。仿真结果和实验结果相吻合,无极性低压直流断路器的灭弧能力在恰当的磁场灭弧能力最强,电流越小灭弧能力最强,变化规律与试验结果一致。
低压直流电弧精准检测与快速分断技术是保障低压直流配用电系统安全、稳定、可靠运行的关键。首先综述轨道交通新场景下发展的直流故障电弧检测技术,分析多类基于时频域特征构建算法和基于机器学习的智能模型设计方式,介绍采用电磁、电流信号等特征的多种直流故障电弧定位技术。其次综述面向低压直流系统的快速分断技术,概述传统机械断路器开断方法,介绍基于电力电子器件发展的混合式断路器和固态断路器研究进展。最终提出低压电器设计领域发展方向,以期为相关研究人员提供参考。
针对动态电压恢复器(DVR)在传统比例-积分(PI)控制中补偿速度与补偿超调量之间的矛盾,提出了一种基于前馈补偿的自抗扰控制(FC-ADRC)策略。通过ADRC策略改进传统PI控制所存在的补偿超调问题,并引入LC滤波器的电压电流作为前馈量对DVR控制器进行补偿,实现对用户侧电压暂降进行快速电压补偿,保证用户侧电压的安全稳定。仿真实验结果表明,所提策略既保持DVR装置的高动态响应性,又保证装置应对不确定扰动的适应性。
针对比例积分(PI)控制器难以实现输出电压无静差控制及低次谐波抑制困难等问题,提出一种单电压环多重比例谐振(PR)控制策略。分析了PR控制器的特性,给出了PR参数的设计方法,通过MATLAB进行了仿真验证,并在2 kVA样机上进行了实验验证。结果表明,所提策略可实现特定谐波的完全消除,输出电压波形总谐波失真小于1%,具有良好的稳态和动态性能。
针对自动引导车(AGV)在进行无线电能传输(WPT)的过程中由于线圈偏移导致耦合系数波动以及传统磁耦合机构成本、重量高的问题,提出一种基于DQD型磁耦合机构的WPT系统。首先通过Maxwell有限元仿真软件对DQD型磁耦合机构进行了建模分析,验证了所提磁芯层结构能够较大程度地节省磁芯用量,同时保留原本的耦合系数。其次,推导了基于LCC-S补偿拓扑的WPT系统输出特性,验证了优化抗偏移性能的必要性。最后,搭建了实验平台,实测与仿真结果基本一致,证明了DQD型磁耦合机构具备良好的抗偏移性能,验证了所提方案的可行性。
为了实现物联网断路器内部控制器对不同相数断路器的可复用,通过硬件上对断路器、电源、网关的组合设计,软件上采用区别于传统计量芯片的方案,提出一种断路器内部控制器直接通过ADC采集电压、电流来配合软件算法的设计实现方式,同时提出一种自动分配断路器地址的方法,最后通过试验对电气量采集精度进行测试。所提方法解决了单相断路器需要引出中性线,不同相数断路器依赖不同类型采集芯片的问题,大大降低了生产成本,进而为生产资料的归一化管理提供便利。
微电网是一种智能化的控制系统,其运行效果与管控技术密切相关。为了实现微电网的精细化管理,开展了微电网运行过程评价研究,建立了包含有功功率控制、电压/无功调节、孤岛安全技术和能量优化管理4个方面的微电网运行控制关键技术评价指标体系;同时提出了基于改进变权评价方法的综合评价方法,解决了评价结果不能反映部分指标权重较小但指标值已严重偏离正常值的实际评价问题。最后,通过实际微电网运行评价算例,验证了提出的微电网运行过程评价指标体系和评价方法的有效性。
针对失效率等级M级的航天继电器比普通继电器增加了触点稳定时间的测试要求,提出了控制稳定时间的方法。主要研究了触点稳定时间的影响因素,试验数据验证了测试负载、触点洁净度等对触点稳定时间的影响。
