摘要：随着功率模块集成化程度的提高,其散热结构优化已成为研发中的关键。拓扑优化可通过变换散热器形貌、结构来最大化地提升散热效果,因此受到了广泛关注。但在拓扑优化过程中,每步迭代均需要计算模块与散热器温度分布,占用较庞大的计算资源和计算时间。为加速传统散热器拓扑优化进程,在基于传统固体各向同性材料惩罚SIMP(solid isotropic material with penalization)散热器拓扑优化方法的基础上,提出一种嵌套神经网络NN(neural network)同步学习的快速迭代方法。首先,构建散热器基于编码器-解码器结构的NN预测模型,即基于散热器形貌迭代进化过程实现优化结构的快速预测;其次,将NN模型与散热器SIMP拓扑优化流程相嵌套,利用迭代过程中的中间形貌同步训练NN;最后,针对单芯片、两芯片模块结构,对比所提方法与传统迭代方法的拓扑优化结果,验证了所提NN同步学习方法的准确性和快速性。

摘要：随着永磁风力发电机单机容量的不断增大和电磁负荷的不断提高,其冷却结构的合理设计已成为发电机研发过程中的重点与难点。以一台1.65MW强迫风冷直驱永磁风力发电机为例,基于计算流体力学和传热学理论,建立发电机全域三维流动与传热耦合模型,应用有限体积法数值分析发电机内的流动和温升分布状态。针对强迫风冷结构需要外接风机而占用系统空间大、清洁维护难度高的问题,提出一种由转子辐板支架作为离心式风扇驱动冷却风的全封闭式自循环风冷系统。通过不同冷却结构尺寸下散热性能的对比研究,给出了较适宜的发电机冷却结构方案,对提高大型永磁风力发电机的运行可靠性具有一定的参考意义。

摘要：为了保证电机长期运行可靠性和输出转矩能力,永磁电机温度场的精确计算是其设计与开发的基础,而常规数值离散过程需要进行复杂的数学变换,掌握其核心机理所需的前置课程多、学习难度大。有限公式法离散方程物理意义清晰明确,将之应用于教学可提高学生对数值算法的基本思想及分析方法的理解。通过对基于有限公式法的实际工程案例分析讲解,可培养学生应用数值算法解决复杂工程案例的能力。该文分析和推导了基于有限公式法的永磁电机温度场数学模型,分析其物理意义;搭建了基于有限公式法的永磁电机三维温度场数值计算平台,为永磁电机设计类课程中温升分析与冷却设计提供了有效的教学条件。

摘要：稀土永磁电机由于其高效、高功率密度的特点,在轨道交通牵引系统的设计中受到了广泛和密切的关注。由于其全封闭式结构,牵引电动机的负载能力主要受限于冷却系统的散热能力。建立了一台永磁牵引电动机的全封闭式自循环空-空冷却系统,通过对参数散热敏感性的分析,确定了适宜的冷却结构参数范围。针对该冷却结构,应用有限公式法进行三维温度场数值计算,确定了散热系统的结构参数,并用流固耦合仿真验算了计算结果。

摘要：有限公式法是一种类似有限积分技术的新型数值计算方法,其应用及理论研究仍在完善中。基于有限公式法下温度场代数场控制方程及其三维离散格式,该文对通用化程序编制中的对流散热边界条件简化处理、基于单元分析的模块化程序设计、计算数据前后处理等问题做了相关工作。讨论了有限公式法在三维复杂求解域问题中适用性与计算性能,并从数值计算角度验证了线性插值下有限公式法具有二阶计算精度。最后,结合3台不同结构、冷却方式的永磁电机三维温度场分析来说明有限公式法在复杂求解域问题上计算的准确性。就文中仿真算例而言,在相同网格、求解自由度以及求解迭代算法下,有限公式法比有限元法节约计算时间在12%~71.5%,两者计算占用内存基本一致。

摘要：永磁电机的温升直接关系电机性能指标和经济指标,对电机温度场的准确计算是设计工作中的要点。该文从有限公式法的基本原理出发,研究任意多面体网格下温度场各类边界的有限公式实现方法,建立对流传热边界的高精度有限公式数学模型。针对具有解析精确解的二维基准散热问题,在同一套网格下分别应用原边界模型和高精度改进边界模型计算导热体温升分布,验证改进模型的可靠性和精确性。应用有限公式温度场计算技术,计算一台2.1k W非晶合金永磁电机的三维温度场。以电机温升实验测量值为基准,对比有限公式法、有限元法在同样网格剖分下的计算精度,验证了电机三维温度场有限公式计算技术的可靠性和计算结果的准确性,对非晶合金永磁电机热分析具有一定的参考意义。

摘要：传统的“电力电子技术”和“电机控制”课程的实验平台功能单一,灵活性和可操作性较差,实验内容单调,拓展性和互动性较差,不利于培养学生的创造力和自主学习能力。以模块化、轻量化、可复用性为指导思想,设计了一种可灵活构建多种电力电子拓扑结构的模块化实验教学平台,并结合代码生成技术,实现了系统软件和硬件的灵活配置和可延展性,拓宽了实验范围,提高了学生解决复杂工程问题的能力。

摘要：提出一种基于人工神经网络和遗传算法相结合的电器电场均匀度优化设计方法,以12 kV真空灭弧室为研究对象,对其内部电场进行场影响因素分析与电极型面优化,以实现均匀场设计。建立了以悬浮屏蔽电极长度和端部型面曲率、动静触头电极端部曲率为输入变量,灭弧室内部电场均匀度为输出变量的改进神经网络模型结构;并以灭弧室内部电场均匀度为优化目标,采用遗传算法对灭弧室结构参数进行寻优,以提高灭弧室静态绝缘性能。

摘要：为解决12 kV真空断路器(Vacuum Circuit Breaker,VCB)传统操动机构和旋转电机操动机构结构复杂、可靠性低、动作分散性大以及有槽直线电机操动机构定位力引起推力脉动、振动、噪声及速度控制退化等而导致其难以精确分、合闸的问题,提出无槽圆筒形永磁直线同步电机操动机构。根据12 kV真空断路器分、合闸特性要求,对无槽圆筒形永磁直线同步电机(Slotless Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,STPMLSM)的结构和参数进行设计,推导出其数学模型。利用有限元法对该电机操动机构的静、动态特性进行仿真分析,得到启动过程中电磁推力与时间的关系,分合闸过程中断路器动触头行程与时间、速度与时间的关系。结果表明:所设计的电机操动机构结构参数能够满足断路器分合闸特性要求,且推力波动得到有效抑制,为各电压等级断路器采用此类电机操动机构提供可靠依据。

摘要：对于机械式直流真空断路器(direct current vacuum circuit break,DC VCB),需引入换流回路制造人工电流零点,以实现故障开断。以30 kV/8 kA直流断路器用换流回路为研究对象,计及换流电感、换流电容以及换流电容预充电电压的共同作用,采用快速非支配排序粒子群多目标优化算法(non-dominated particle swarm optimization,NSPSO),考虑弧后鞘层厚度和真空间隙击穿距离之间的竞争关系,以换流电容值和其预充电电压尽可能同时达到最小值为设计目标,对换流回路参数群组进行多目标设计,研究换流回路的拓扑设计与参数选取对换流频率、零区电流与电压变化率的作用与影响。研究表明,相较于传统粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)单目标优化仿真结果,采用此多目标设计有利于解决直流断路器开断性能与设计成本之间的矛盾关系。