容积导电能量传递多场耦合数值模拟

容积导电模型研究可用于容积导电系统的设计和能量传递参数的优化.笔者考虑电路、电场和温度场的相互耦合关系,建立了容积导电的三维多场耦合模型.该模型在电路层面上实现了容积导电的仿真,皮肤组织温升的实时监测,为能量传递的优化设计提供了直接的理论指导.利用软件FEM3.5搭建了容积导电多场耦合模型,从多物理视角验证了容积导电能量传递的可行性,为进一步优化能量传递效率奠定了基础.     

基于场路结合的微波加热系统等效电路模型

研究了微波加热过程中微波与被加热媒质之间动态响应过程。在微波加热动态过程中,求解电磁热耦合多物理场方程组复杂且耗时,为此,本文提出了基于“场路结合”的微波加热等效电路分析方法。首先,定性分析微波传输过程中加热媒质、腔壁、微波馈入口介质片的阻抗特性,用阻抗特性相同的电路元件等效微波传输过程中各类介质的阻抗作用,建立微波加热系统的等效电路模型;其次,用全波场分析方法分析媒质、腔壁、微波馈入口介质片对电磁波的吸收、反射和透射作用,微波电磁场的变化用散射参数定量表示;然后,通过参数转换将定量分析得到的散射参数转换为等效电路阻抗参数,代入等效电路模型中,以提高等效电路模型计算的精确度;最后,通过等效电路计算获得微波应用器中加热媒质部分的电场强度,求出媒质耗散的微波功率,进而计算出媒质加热温度。研究结果表明：当计算微波媒质加热温度时,场路结合方法在保证计算精确度的同时计算耗时为有限元方法的一半,体现了场路结合方法的优越性。在不同条件下的微波加热媒质实例计算中,场路结合求解准确率在96%以上,验证了场路结合方法求解微波加热问题的可行性和有效性。     

植入器件经皮能量传递模型分析

通过电磁场有限元分析软件FEMlab3.3建立了体导电能量传递模型,设计了3种不同形状的电极以优化电极皮肤接触阻抗来提高充电电流传递效率,所采用的Ag电极具有稳定的电极电解质界面,成本低,可重复使用。通过在体外电极上施加不同等级电压以得到最终结果。根据仿真结果,在保证人体安全电流情况下,体导电电流传递效率可达20%以上,能量传递效率在4%~9%之间,不仅远大于无铁芯电磁感应能量传递效率,而且可以进一步实现体内电池体积小型化。     

植入医学器件的电能供给及电磁场仿真

利用生物皮肤的电特性,通过皮肤对体内植入式医学电子器件的电池进行充电展开研究。采用有限元法建立体导电能量传递数学模型,通过软件FEMlab3.3建立其场域数值模型,输入信号使用交流电压。在仿真中,进行了模型的频率特性测试,设计了4种不同形状的电极,并以圆柱形电极为例,分别改变电极截面面积和电极之间的距离来优化电极的形状与布局。仿真结果表明,在保证人体安全电流的前提下,体导电电流传递效率可达30%以上。     

双频段无线电能传输线圈的宽频建模

为了研究双频段磁耦合谐振式(MRC)无线电能传输(WPT)系统不同频段的传输性能,建立了双频段MRC-WPT线圈的宽频等效电路模型对其谐振频率进行计算和预测;并计算系统在不同频段的正向传输参数。首先测量双频补偿电路的阻抗频率特性,应用矢量匹配方法对测量所得的离散点进行有理数逼近,通过阻抗综合理论建立双频补偿电路的宽频等效模型;然后将其接入原始单频线圈的部分元等效电路构成双频段MRC-WPT线圈的宽频等效电路。最后,搭建了双频段MRCWPT系统的实验平台。结果表明了建模方法的正确性。     

脉宽调制型半桥式逆变电路输出功率研究

分析了脉宽调制型半桥式逆变电路的稳态工作过程 ,利用求解等效电路过渡过程的方法得到了其输出功率的数学表达式 ,并给出了一种脉宽调制型半桥式逆变焊机主电路参数的理论计算方法。计算结果表明 ,在增大换流电容的同时利用变压器进行阻抗变换 ,可提高电路的输出功率     

脉宽调制型半桥式逆变电路输出功率研究

分析了脉宽调制型半桥式逆变电路的稳态工作过程，利用求解等效电路过渡过程的方法得到了其输出功率的数学表达式，并给出了一种脉宽调制型半桥式逆变焊机主电路参数的理论计算方法。计算结果表明，在增大换流电容的同时利用变压器进行阻抗变换，可提高电路的输出功率。     

建筑物钢结构中考虑参数频变特性的雷电暂态响应

介绍了建筑物避雷系统中钢结构体雷电暂态响应的计算方法，将钢结构体分支导体的电气参数等值地表示为阻抗和电容矩阵，分别采用诺伊曼（Ｎｅｕｍａｎｎ）公式和平均电位法计算了这些矩阵。在确定分支导体电气参数的基础上，钢结构体被转化为一个由一系列耦合π型电路组成的等值网络。为了计及分支导体阻抗参数频变特性对雷电暂态响应的影响，首先在频域中建立描述等值网络的方程，再运用指数采样的傅里叶反变换求取时域雷电暂态响应。计算结果与试验结果比较表明，两者基本吻合     

基本放大电路微变等效电路的画法及动态参数分析

为降低学生学习晶体管放大电路的分析这一知识的难度,提出了画放大电路微变等效电路的"三线四点法",总结了微变等效电路的画图步骤,按此步骤可画出形式规范的电路并有利于继续分析计算动态参数。详细总结了动态参数的分析步骤和推导过程。为增加学习过程的可视性并激发学生的学习兴趣,应用Multisim电路仿真和设计软件仿真验证动态参数纯理论分析的正确性及可行性。本方法不仅适用于分析基本放大电路,也适用于分析其他较复杂的放大电路。     

非接触动态心电监测系统研究

针对传统心电监测电极需要与皮肤直接接触易,引起皮肤不适且准备时间长的问题,设计了一种新型非接触动态心电监测系统。该系统基于电容耦合原理,采用三同轴电缆屏蔽驱动与接地屏蔽技术,有效地提高了系统的输入阻抗。建立了电极等效电路模型,分析了噪声的关键影响因素,对电路的结构与参数进行了优化分析。实验结果表明,该系统能够在静止和非剧烈运动两种状态下非接触测量心电波形中QRS波和T波,实现心电信号的非接触有效测量。     

非线性负荷特性等值阻抗的获取方法

由于电力电子技术的发展,非线性负荷在电网中所占的比重越来越大。非线性负荷在电力系统中容易产生谐波,造成谐波污染,因此有必要对其特性做出分析。提出了一种基于高阶微分方程和信号拟合,通过实时求取非线性负荷的等值阻抗来获取非线性负荷特性的方法。利用改进的矩阵束方法拟合端口电压电流信号,将电压电流信号代入到约束端口电压电流的高阶微分方程中,通过数学变换,得到负荷的等值电抗参数。依据负荷的等值参数的变化特点,来获取非线性负荷的特性。仿真实验表明该方法可行,可实时有效地求取负荷的等值阻抗参数,进而可获取非线性负荷特性。     

磷酸铁锂动力电池阻抗谱参数分析

以电动汽车用动力锂离子电池为测试对象,通过等效电路拟合实际测量的电化学阻抗曲线来分析电池电极系统的动力学过程,并选取等效电路模型在不同荷电状态下的参数分析不同交流阻抗组份及阻抗特性对电池充放电特性的影响。 结果表明:基于阻抗谱测试得到的等效电路模型参数有利于得出更高精度的电池电荷转移阻抗以及扩散阻抗,并且较好地区分电化学极化和浓差极化,可以用于分析不同温度和不同荷电状态的电池充放电性能。      

电机宽频等效电路模型的快速建模方法

提出了电机宽频等效电路模型的建模方法。通过测量获得电机端部阻抗幅频特性,根据幅频特性的第一个谐振点信息,将幅频特性曲线划分为若干个区域,每个区域用一个谐振单元等效,构建出电机宽频等效电路拓扑;每个谐振单元的R、L、C参数通过该区域的谐振点和任一非谐振点的频率和对应的阻抗值计算获得。用该方法建立了直流电机和交流电机的宽频等效电路模型,并在Saber软件中进行了仿真。将直、交流电机宽频等效电路模型的阻抗幅频特性仿真结果分别与测试结果和参考文献的仿真结果进行了对比。在直流电机端部阻抗特性拟合频段0.1~50 MHz的范围内、交流电机端部阻抗特性拟合频段0.1~40 MHz的范围内,验证了电机宽频等效电路模型的正确性与可行性。     

有源配电网阻抗特性分析与测量

并网逆变器的接入改变了配电网的阻抗特性,以含L型和LCL型并网逆变器的有源配电网为研究对象,研究含并网逆变器的有源配电网阻抗特性.通过逆变器的小信号控制框图分别建立L型并网逆变器和LCL型并网逆变器的诺顿等效模型,并通过电路变换得到含有多种逆变器的有源配电网的戴维南等效模型.在此基础上,分析不同逆变器的主电路参数和控制参数对有源配电网等效阻抗幅值和相角的影响.为便于工程实际中获取有源配电网阻抗及验证模型的正确性,采用一种基于串联谐波电压源扰动的方法进行有源配电网阻抗进行了测量.最后基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型.仿真结果验证了有源配电网阻抗模型的正确性.     

交流阻抗谱法研究高压下CdSe的电学性质

利用集成在金刚石对顶砧上的测量微电路研究了CdSe粉末在高压条件下的交流阻抗谱,在低于2.8GPa时显示出两个交叠的半圆弧,在高于2.8GPa时显示出一个不完整的半圆弧和一个压缩的半圆弧,这表明在高压条件下CdSe粉末中始终存着两个电传导过程,分别对应于晶体内传导过程和晶界传导过程.运用等效电路法我们获得了CdSe晶体体电阻随压力的变化关系,分别在2.8GPa,10.0GPa和17.0GPa附近观察到了体电阻的异常变化,这些异常变化源于CdSe在高压条件下的结构相变和电子相变.     

等截面声波导管的等效电路研究

依据电传输线理论和声电类比原理，推导出了管中为平面波时有限长均匀截面声波导管的等效电路，并通过等效电路分析法推导出了其阻抗转移公式，讨论了波导管输入阻抗与负载阻抗之间的关系，为声波导管的阻抗分析提供了一种新方法。从而极大地方便了声波导管的工程设计。     

压电陶瓷换能器电感与电容匹配特性研究

采用等效电路法,推导了不同匹配条件下压电换能器军效阻抗与匹配参数公式,并获得了换能器的最佳电路匹配参数.结果表明,利用所得高效公式,可精确计算出最佳匹配参数,从而有效提高压电换能器的机电转换效率。     

指数形声波导管的等效电路及其声传输特性

基于机电类比原理,从特殊形式波动方程出发,推导出了指数形变截面声波导管的等效电路,从等效电路推导出了声波导管的阻抗转移公式．讨论了指数形波导管输入阻抗与负载阻抗之间的关系,并对其声传输特性进行了分析,为变截面声波导管的阻抗计算及工程设计提供一种简便而有效的等效电路分析方法．