In this paper,we propose an RLC equivalent circuit model theory which can accurately predict the spectral response and resonance characteristics of metamaterial absorption structures,extend its design,and characterize...In this paper,we propose an RLC equivalent circuit model theory which can accurately predict the spectral response and resonance characteristics of metamaterial absorption structures,extend its design,and characterize the parameters of the model in detail.By employing this model,we conducted computations to characterize the response wavelength and bandwidth of variously sized metamaterial absorbers.A comparative analysis with Finite Difference Time Domain(FDTD)simulations demonstrated a remarkable level of consistency in the results.The designed absorbers were fabricated using micro-nano fabrication processes,and were experimentally tested to demonstrate absorption rates exceeding 90%at a wavelength of 9.28μm.The predicted results are then compared with test results.The comparison reveals good consistency in two aspects of the resonance responses,thereby confirming the rationality and accuracy of this model.展开更多
针对高速电机和飞轮储能系统等对空间利用率要求较高的场合,提出一种新型异极径向混合磁轴承(heteropolar radial hybrid magnetic bearing,HRHMB).首先,建立该磁轴承的等效磁路模型,通过解析磁场得出其电流刚度、位移刚度及电磁力,并...针对高速电机和飞轮储能系统等对空间利用率要求较高的场合,提出一种新型异极径向混合磁轴承(heteropolar radial hybrid magnetic bearing,HRHMB).首先,建立该磁轴承的等效磁路模型,通过解析磁场得出其电流刚度、位移刚度及电磁力,并通过有限元仿真验证其有效性;然后,在相同约束条件下与传统偏置磁轴承进行对比,分析磁轴承的刚度特性和空间利用率;最后,通过有限元仿真研究新型磁轴承径向两自由度间的电磁力耦合,并与传统磁轴承进行对比.研究结果表明:在相同承载力等约束条件下,该新型磁轴承的体积仅为传统磁轴承的0.87倍,其电磁力在控制电流和转子位移影响下的相对误差值为6.5%,而传统磁轴承的电磁力相对误差为13.6%,表明新型磁轴承径向两自由度的电磁力耦合小于传统磁轴承,解耦效果良好.展开更多
单相开路故障的五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测转矩和磁链控制(finite-control-set model predictive torque and flux control,FCS-MPTFC)策略,存在转矩脉动大、价值函数的权重系数整...单相开路故障的五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测转矩和磁链控制(finite-control-set model predictive torque and flux control,FCS-MPTFC)策略,存在转矩脉动大、价值函数的权重系数整定困难、迭代计算量大以及共模电压(commonmode voltage,CMV)高等问题。为此,该文提出一种简化FCS-MPTFC策略。首先,建立五相PMSM在单相开路故障情况下的数学模型,并分析CMV产生的机理。其次,以抑制3次谐波电流的原则合成等幅值虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V^(3)),并将转矩和磁链价值函数等效转化为电压价值函数,同时采用无差拍控制思想计算出参考电压矢量,进而通过合理划分扇区,直接获得最优V^(3)。最后,选择方向相反的两个基电压矢量代替零矢量,以减小开路故障下的CMV。仿真和实验结果表明:所提控制策略不仅能抑制单相开路故障导致的转矩脉动、降低计算负荷和CMV、抑制电流谐波,而且具有优良的稳态和动态性能。展开更多
软磁复合材料因其突出的高频特性而被广泛用作变压器和电机的铁心材料。为了提高高频磁化下变压器或电机的效率与功率密度,需要提高产品设计阶段铁损的计算精度。该文提出一种基于梯形等效电路与神经网络结合的动态磁滞模型,可用以计算...软磁复合材料因其突出的高频特性而被广泛用作变压器和电机的铁心材料。为了提高高频磁化下变压器或电机的效率与功率密度,需要提高产品设计阶段铁损的计算精度。该文提出一种基于梯形等效电路与神经网络结合的动态磁滞模型,可用以计算高频软磁复合材料铁损。该模型通过非理想电感、恒定电阻和非线性电阻分别计算静态磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗;其中,为了提高低磁密下静态磁滞回环的模拟精度,引入能够表征磁化过程的神经网络算法模拟静态磁滞部分;同时,在采用梯形等效电路计算涡流损耗和异常损耗时,考虑趋肤效应对铁损的影响;最后,搭建高频正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统,在频率为1 Hz~10 k Hz范围内对软磁复合材料的磁滞回线和铁损进行实验测量,并将铁损计算方法与实测数据进行对比,验证该模型在高频正弦激励下预估损耗的准确性,为变压器和电动机优化设计提供一种模型结构简单、精度较高且工程实用性强的损耗计算方法。展开更多
基金Supported by the National Natural Science Foundation of China(62174092)the Open Fund of State Key Laboratory of Infrared Physics(SITP-NLIST-ZD-2023-04)the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDB0580000)。
文摘In this paper,we propose an RLC equivalent circuit model theory which can accurately predict the spectral response and resonance characteristics of metamaterial absorption structures,extend its design,and characterize the parameters of the model in detail.By employing this model,we conducted computations to characterize the response wavelength and bandwidth of variously sized metamaterial absorbers.A comparative analysis with Finite Difference Time Domain(FDTD)simulations demonstrated a remarkable level of consistency in the results.The designed absorbers were fabricated using micro-nano fabrication processes,and were experimentally tested to demonstrate absorption rates exceeding 90%at a wavelength of 9.28μm.The predicted results are then compared with test results.The comparison reveals good consistency in two aspects of the resonance responses,thereby confirming the rationality and accuracy of this model.
文摘针对高速电机和飞轮储能系统等对空间利用率要求较高的场合,提出一种新型异极径向混合磁轴承(heteropolar radial hybrid magnetic bearing,HRHMB).首先,建立该磁轴承的等效磁路模型,通过解析磁场得出其电流刚度、位移刚度及电磁力,并通过有限元仿真验证其有效性;然后,在相同约束条件下与传统偏置磁轴承进行对比,分析磁轴承的刚度特性和空间利用率;最后,通过有限元仿真研究新型磁轴承径向两自由度间的电磁力耦合,并与传统磁轴承进行对比.研究结果表明:在相同承载力等约束条件下,该新型磁轴承的体积仅为传统磁轴承的0.87倍,其电磁力在控制电流和转子位移影响下的相对误差值为6.5%,而传统磁轴承的电磁力相对误差为13.6%,表明新型磁轴承径向两自由度的电磁力耦合小于传统磁轴承,解耦效果良好.
文摘单相开路故障的五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测转矩和磁链控制(finite-control-set model predictive torque and flux control,FCS-MPTFC)策略,存在转矩脉动大、价值函数的权重系数整定困难、迭代计算量大以及共模电压(commonmode voltage,CMV)高等问题。为此,该文提出一种简化FCS-MPTFC策略。首先,建立五相PMSM在单相开路故障情况下的数学模型,并分析CMV产生的机理。其次,以抑制3次谐波电流的原则合成等幅值虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V^(3)),并将转矩和磁链价值函数等效转化为电压价值函数,同时采用无差拍控制思想计算出参考电压矢量,进而通过合理划分扇区,直接获得最优V^(3)。最后,选择方向相反的两个基电压矢量代替零矢量,以减小开路故障下的CMV。仿真和实验结果表明:所提控制策略不仅能抑制单相开路故障导致的转矩脉动、降低计算负荷和CMV、抑制电流谐波,而且具有优良的稳态和动态性能。
文摘软磁复合材料因其突出的高频特性而被广泛用作变压器和电机的铁心材料。为了提高高频磁化下变压器或电机的效率与功率密度,需要提高产品设计阶段铁损的计算精度。该文提出一种基于梯形等效电路与神经网络结合的动态磁滞模型,可用以计算高频软磁复合材料铁损。该模型通过非理想电感、恒定电阻和非线性电阻分别计算静态磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗;其中,为了提高低磁密下静态磁滞回环的模拟精度,引入能够表征磁化过程的神经网络算法模拟静态磁滞部分;同时,在采用梯形等效电路计算涡流损耗和异常损耗时,考虑趋肤效应对铁损的影响;最后,搭建高频正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统,在频率为1 Hz~10 k Hz范围内对软磁复合材料的磁滞回线和铁损进行实验测量,并将铁损计算方法与实测数据进行对比,验证该模型在高频正弦激励下预估损耗的准确性,为变压器和电动机优化设计提供一种模型结构简单、精度较高且工程实用性强的损耗计算方法。
