动磁式双定子直线压缩机动态特性仿真研究

针对一种动磁式双定子直线压缩机,在分析电机运行原理的基础上,建立其等效磁路模型,推导了气隙磁链、电磁力、电磁力系数、反电动势系数和电感等重要控制参数的解析公式,并通过有限元计算对解析结果进行验证。根据控制参数计算结果,对直线压缩机系统的动态特性进行仿真研究。重点分析了电机电流、动子位移和速度随时间变化规律及活塞振幅随频率变化特性。研究结果对直线压缩机活塞的行程控制、弹簧系统的谐振设计以及后续的控制系统设计提供重要理论依据。     

电感支撑磁绝缘传输线的设计与初步实验

为了研究电感支撑内筒对磁绝缘传输线(MITL)功率流传输的影响,设计了一套电感支撑的MITL及其诊断系统,对MITL各个位置电参数进行了测量,获得了MITL阴阳极电流波形和MITL电压波形。其中一发支撑前阴极电流为90.08 kA,支撑后阴极电流为93.88 kA,阴极电流传输效率为95.96%,多次实验传输效率平均值为92.8%,证实了电感支撑MITL的可行性。     

电感支撑磁绝缘传输线的设计与初步实验

 为了研究电感支撑内筒对磁绝缘传输线(MITL)功率流传输的影响,设计了一套电感支撑的MITL及其诊断系统,对MITL各个位置电参数进行了测量,获得了MITL阴阳极电流波形和MITL电压波形。其中一发支撑前阴极电流为90.08 kA,支撑后阴极电流为93.88 kA,阴极电流传输效率为95.96%,多次实验传输效率平均值为92.8%,证实了电感支撑MITL的可行性。     

“阳”加速器磁驱动平面飞片实验和速度计算校验

脉冲功率驱动源作为磁驱动加载的重要手段,通过调整其电路参数可调节负载电流波形,实现对样品无冲击准等熵加载。在"阳"加速器上,开展了一系列轴对称结构和带状结构构型的磁驱动平面飞片发射实验,电极材料采用不锈钢和LY-12铝。实验中测量了进入负载的电流历史和电极后自由面速度历史,并通过时序控制将两者时间关联起来。本文以测量到的电流历史数据为基础,引入负载电流分布系数,并结合已知的LY-12铝的状态方程数据,计算电极后自由面速度历史和飞片速度历史。通过实验测量自由面速度历史校验负载各个位置的电流分布系数。另外,基于装置参数和实验数据确定了考虑负载电感变化的装置等效电路模型,形成了计算样品压力加载历史和电极后自由面速度历史估算程序。此外,初步分析不同厚度电极的自由面速度历史,获取了电极材料的准等熵加载波剖面信息,观察到一系列准等熵加载下材料动力学性能引起的物理现象。     

“阳”加速器磁驱动平面飞片实验和速度计算校验

脉冲功率驱动源作为磁驱动加载的重要手段,通过调整其电路参数可调节负载电流波形,实现对样品无冲击准等熵加载。在阳加速器上,开展了一系列轴对称结构和带状结构构型的磁驱动平面飞片发射实验,电极材料采用不锈钢和LY-12铝。实验中测量了进入负载的电流历史和电极后自由面速度历史,并通过时序控制将两者时间关联起来。本文以测量到的电流历史数据为基础,引入负载电流分布系数,并结合已知的LY-12铝的状态方程数据,计算电极后自由面速度历史和飞片速度历史。通过实验测量自由面速度历史校验负载各个位置的电流分布系数。另外,基于装置参数和实验数据确定了考虑负载电感变化的装置等效电路模型,形成了计算样品压力加载历史和电极后自由面速度历史估算程序。此外,初步分析不同厚度电极的自由面速度历史,获取了电极材料的准等熵加载波剖面信息,观察到一系列准等熵加载下材料动力学性能引起的物理现象。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器2维磁流体力学数值模拟

基于任意拉氏- 欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合。该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器2维磁流体力学数值模拟

 基于任意拉氏- 欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合。该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性。     

铁氧体环的导磁率及其品质因数的测量

 初级绕有线圈的铁氧体环形成电感,如果同时在其次级绕有偏磁线圈并加一直流电流,当此电流改变时,铁氧体导磁率会随之改变,绕有线圈的铁氧体环的电感量也就相应改变。加载了铁氧体环谐振腔的谐振阻抗与铁氧体导磁率、品质因数及腔体谐振频率的乘积成正比,而腔体谐振阻抗直接决定其所需功率的大小。讨论了铁氧体环导磁率和品质因数的测量原理,给出了测试装置的具体电路和测量结果。     

铁氧体环的导磁率及其品质因数的测量

初级绕有线圈的铁氧体环形成电感,如果同时在其次级绕有偏磁线圈并加一直流电流,当此电流改变时,铁氧体导磁率会随之改变,绕有线圈的铁氧体环的电感量也就相应改变。加载了铁氧体环谐振腔的谐振阻抗与铁氧体导磁率、品质因数及腔体谐振频率的乘积成正比,而腔体谐振阻抗直接决定其所需功率的大小。讨论了铁氧体环导磁率和品质因数的测量原理,给出了测试装置的具体电路和测量结果。     

螺旋型爆磁压缩发生器初始电性能的高频分析

从电流扩散方程和磁扩散方程出发,研究了在瞬态过程中螺旋型爆磁压缩发生器(HMFCG)的电流密度在螺线管导线中的分布以及感应电流密度在金属套筒中的分布情况,分析计算了爆磁回路初始充电过程中频率对HMFCG电感和电阻的影响,计算结果与实验测量吻合;这为进一步完善校正程序,更好地描述爆磁压缩过程奠定了基础。     

回流罩结构Z-箍缩实验的数值模拟

采用二维磁驱动数值模拟程序(MDSC2)对大电流脉冲功率装置FP-2上的回流罩结构Z-箍缩实验exp90和exp60进行了数值模拟。数值模拟表明,回流罩结构Z-箍缩实验测量电流/回路电流不是负载套筒电流,回流罩结构Z-箍缩实验中回路电流不完全从负载套筒通过,回路电流和负载套筒电流之间存在一个结构系数,提出了边界磁场强度与回路电流关系的新公式。采用具有结构系数的边界磁场强度公式和磁流体力学程序能正确模拟exp90和exp60两个回流罩结构Z-箍缩实验,模拟的套筒内径运动速度和实验测量速度相一致。回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数为一常数,仅由回流罩的初始结构确定。90 mm和60 mm内直径套筒的结构系数分别为0.87和0.90。在套筒初始厚度、绝缘材料等其它条件相同的情况下,套筒内径越大,回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数越小。     

螺旋型爆磁压缩发生器初始电性能的高频分析

 从电流扩散方程和磁扩散方程出发，研究了在瞬态过程中螺旋型爆磁压缩发生器(HMFCG)的电流密度在螺线管导线中的分布以及感应电流密度在金属套筒中的分布情况，分析计算了爆磁回路初始充电过程中频率对HMFCG电感和电阻的影响，计算结果与实验测量吻合；这为进一步完善校正程序，更好地描述爆磁压缩过程奠定了基础。     

圆盘型爆磁压缩发生器的数值模拟

根据圆盘型爆磁压缩发生器系统等效电路,建立了简化计算模型。利用Matlab编写了MDEMG程序,以直径240 mm的三单元圆盘型爆磁压缩发生器为研究对象,进行了数值模拟,分析了圆盘型爆磁压缩发生器工作期间电流、电感、爆轰压力、磁压、电压分布等参数的变化过程,并进一步分析发生器初始电流、圆盘构形对发生器输出特性的影响。结果表明：在输入电流为6 MA时,发生器在1.5 nH电感负载上可以获得40 MA、特征上升时间3 s的脉冲电流;发生器输出电流与初始电流正相关,但由于磁压随电流增大迅速增大,发生器输出电流存在极限;相对于平面型圆盘,锥型圆盘可以提高发生器工作后期的功率。     

MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器

通过等效电路方法计算了MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器(HEMCG)各参数,得到发生器的损耗主要来自非欧姆损耗。设计的HEMCG整体外径约140 mm,长度小于550 mm,初始电感128.7 μH。实验表明,在初始电流3.6 kA条件下,在100 nH负载上输出前沿75.2 μs、峰值1.87 MA的电流脉冲,电流放大约519.4倍,能量放大约209.5倍,炸药化学能到电磁能的转换效率为6%。两发HEMCG分别经原边电感约440 nH、副边电感约4 μH、耦合系数约0.85的电缆变压器调制,在4 μH负载上得到了上升时间约80 μs、峰值72 kA的脉冲电流,变压器能量传输效率约为26.8%。     

圆盘型爆磁压缩发生器的数值模拟

根据圆盘型爆磁压缩发生器系统等效电路,建立了简化计算模型。利用Matlab编写了MDEMG程序,以直径240 mm的三单元圆盘型爆磁压缩发生器为研究对象,进行了数值模拟,分析了圆盘型爆磁压缩发生器工作期间电流、电感、爆轰压力、磁压、电压分布等参数的变化过程,并进一步分析发生器初始电流、圆盘构形对发生器输出特性的影响。结果表明:在输入电流为6 MA时,发生器在1.5 nH电感负载上可以获得40 MA、特征上升时间3 s的脉冲电流;发生器输出电流与初始电流正相关,但由于磁压随电流增大迅速增大,发生器输出电流存在极限;相对于平面型圆盘,锥型圆盘可以提高发生器工作后期的功率。     

磁链的探讨

由同轴电缆自感系数两种解法的矛盾,引入对磁链的进一步分析.通过3个例子分析磁链与磁通的关系,得出磁链与磁通不仅有整数倍的关系,也可以是分数倍的关系.因此,得出在自感系数L=Ψ/I中的Ψ是指磁场线与电流交链的物理量,不该称呼全磁通或总磁通,而应谓之磁链.     

缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种途径

缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种有效办法是增大第二级螺旋线圈的锥角,但增大锥角会降低发生器电感压缩比,合理的锥角设计是此类发生器的关键。介绍了三种能带大电感负载、结构紧凑的两级爆磁压缩发生器,第一级结构参数相同,第二级螺旋线圈锥角分别为6°,8°,10°。在电感负载上进行的实验结果表明：其输出电流分别达到140,90和50 kA,电流脉冲宽度分别为12.5,8.5和6.3 μs,对应的名义输出功率分别为7,7和3 GW。     

电磁发射中固体电枢的磁探针测速误差

对磁探针感应电压的原理进行分析,得出电枢电流变化率是磁探针测量电枢膛内运动位置误差的原因。通过简化,采用理想化的电枢电流波形和电枢位移曲线,不同电枢电流变化率条件下,在Matlab软件中对磁探针测量电枢位置进行仿真分析。结果表明:测量电枢位置误差与电枢电流变化率绝对值正相关,电枢电流变化率相同时,误差与电枢电流和电枢速度的乘积负相关。进一步对磁探针测量电枢膛内速度的误差进行仿真分析,理想电流曲线仿真结果表明:测速误差情况可分为三种,电枢电流变化率相近,则测速误差小,反之则测速误差大。     

缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种途径

 缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种有效办法是增大第二级螺旋线圈的锥角,但增大锥角会降低发生器电感压缩比,合理的锥角设计是此类发生器的关键。介绍了三种能带大电感负载、结构紧凑的两级爆磁压缩发生器,第一级结构参数相同,第二级螺旋线圈锥角分别为6°,8°,10°。在电感负载上进行的实验结果表明：其输出电流分别达到140,90和50 kA,电流脉冲宽度分别为12.5,8.5和6.3 μs,对应的名义输出功率分别为7,7和3 GW。     

微型磁探针在Z箍缩负载电流诊断中的应用

介绍了磁探针测量等离子体电流的设计原理,针对Z箍缩实验负载的实际结构特点和现场布局,制作出应用于诊断脉冲功率装置Z箍缩实验负载通过电流的微型磁探针,并通过建立相同结构尺寸的模拟负载装置的方法,实现了对其灵敏度的标定。实验结果显示:在脉冲功率装置峰值电流1.2 MA、电流上升时间60 ns时,由微型磁探针测得的负载电流与加速器监测电流存在12%的幅度差异,电流峰值时刻存在5 ns的差异,说明微型磁探针技术测量Z箍缩负载电流的结果是可靠的。