空冷式多级热电制冷器性能综合分析

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多级热电制冷器性能,引入热力学完善度指标,并提出协调性能系数性能评价指标,分析了制冷器工作电流、热电臂横截面积与制冷温差对制冷量、制冷系数、热力学完善度和协调性能系数的影响.结果表明：当制冷温差为87℃时,电流分别为2.55 A和1.30 A时,热电臂横截面积分别为2.2 mm²和3.0 mm²时,制冷量和制冷系数分别达到最大值.综合考虑制冷能力与经济性,当电流为1.75 A时,可获得制冷量、耗功与制冷系数的最佳协调性能.     

密闭空间串联式两级热电制冷器瞬态特性分析

综合考虑包括汤姆孙效应在内的热电材料内部效应,建立工作在绝热表面空间内和非绝热表面空间内的串联式两级热电制冷器计算模型,通过分析冷热端温度、级间温差等参数的瞬态变化对两级热电制冷器性能的影响,得到了制冷空间温度、制冷量、制冷系数等性能参数随时间的变化规律. 分别改变输入电流、热电偶数量和热电偶分配比,对比分析了2种模型的最低制冷温度、降至稳定温度耗时、制冷量和制冷系数的变化规律. 结果表明,与相同条件的单级热电制冷器相比,两级热电制冷器降温所需时间较长但可达到更低的制冷温度;适当增大电流可以有效减少制冷耗时,且存在最佳电流、最佳热电偶数量和最佳热电偶分配比,分别使制冷空间温度最低,制冷器制冷系数最大.     

密闭空间分离式两级热电制冷器瞬态特性分析

基于有限时间热力学,建立了工作在密闭空间中的分离式两级热电制冷装置瞬态模型,给出了瞬态性能的计算方法,得到了制冷空间温度、模块温差、输入功率、制冷系数等随时间的变化规律．分析了热电制冷器的工作电流和热电臂长度等关键参数对制冷空间稳定温度、制冷量和制冷系数的影响,并与串联式两级制冷器性能进行了对比．结果表明：相比串联式两级热电制冷器,分离式制冷器的初始制冷系数提高了3.57%,无热源非绝热模型和有热源非绝热模型在300 s处制冷系数分别提高了5.72%和4.11%,空间温度分别降低了5.58%和3.09%;通过对工作电流的优化,无热源绝热模型和非绝热模型空间温度可分别降低至-29.03℃和8.98℃．     

热电制冷热传导模型及其在非均匀热流中的应用

基于半导体制冷器的结构和热电耦合特性,通过分离帕尔帖效应和焦耳效应的响应区域简化了内热源表达式,并利用椭圆偏微分方程建立了热电制冷器的新型热传导模型.该模型仅需制造商提供的标准参数,不依赖于热电偶的物理和几何参数,因而在输入电流和边界条件确定后可实现半导体制冷器在非均匀热流下温度场的数值分析.文中通过拟合制造商提供的产品测试数据验证了模型的通用性,利用该模型得到了含热电制冷器的小尺寸半导体功率器件散热系统的三维和切面温度场分布图,并对该散热系统进行了共性分析.     

变温热源热管式热电制冷器结构设计和性能分析

基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律;以制冷率密度和制冷系数为性能指标,分析了输入电流、入口温度、空气流速等关键运行参数和模块填充系数、...     

风冷式热电制冷实验装置研制

文章在热电制冷技术教学和应用实践的基础上,研制了风冷式热电制冷教学实验装置.实验装置由热电制冷器组件、电源模块、保温箱、测控系统等组成,可以满足热电制冷器的热工、电力参数测量和性能分析.实验结果表明,可通过调节热电制冷器的输入电压、改变热电制冷器的工作片数、调节冷却介质流量,达到调节热电制冷装置的工作参数和性能指标的目...     

热电制冷的有限元模拟

影响热电制冷器性能的主要因素有热电材料、冷热端强化散热方式等,利用数值模拟技术对冷热端不同散热方式:双自然对流、冷端自然对流热端强制对流以及冷端与人体接触热端强制对流的工况下,热电偶内部通过的电流对冷端温度的影响进行分析。对比有限元模拟结果与实验结果,从中找出与理论计算产生误差的原因及实验存在的问题,得出有限元模拟技术在热端制冷器温度控制方面的可预测性。     

高温热管耦合热声发电机运行特性试验研究

高可靠性与高能量密度的动力推进电源是空间与海洋探索载体的核心关键部件。该文针对高温热管耦合动态热电转换装置开展了高温钠热管集成热声发电机运行特性的试验研究，实现了热电能量的传递与转换，掌握了高温热管与热声发电机耦合启动的关键技术，在稳态运行工况下获得了不同输入功率的热管-热声发电机系统耦合运行特性。随着输入功率的提升，热声发电机的输出电参数变大，热电转化效率从16.60%提升至19.00%。在长期运行测试中，在输入功率为1 900 W条件下，输出功率约360 W,热电转换效率约19.00%,热管与热声发电机耦合系统性能稳定。在极限运行测试中，输入功率为2 300 W时，输出功率为463 W,热电转换效率为20.13%。该研究验证了热管反应堆与热声发电机耦合集成能量转换原理的可行性，可为后续开展基于热管堆的空间和海洋载体核动力原型设计提供试验数据支撑。     

掺铒光纤光源泵浦源温度控制系统设计

一种新的光纤光源泵浦源温度控制设计方案被提出来。在该方案中分别设计了测温电路、热电制冷器驱动电路和温度控制逻辑。测温电路采用改进的“桥式”测温电路,降低了电路成本,提高了测温精度。热电制冷器采用专用芯片MAX1968驱动,可以保护元器件。用FPGA实现控制算法,采用数字步进式的控制方法,以提高控制精度,方便系统调试,在此系统的控制作用下,泵浦源温度为0。1℃内,并给出了实验曲线。     

掺铒光纤光源泵浦源温度控制系统设计

一种新的光纤光源泵浦源温度控制设计方案被提出来.在该方案中分别设计了测温电路、热电制冷器驱动电路和温度控制逻辑.测温电路采用改进的"桥式"测温电路,降低了电路成本,提高了测温精度.热电制冷器采用专用芯片MAX1968驱动,可以保护元器件.用FPGA实现控制算法,采用数字步进式的控制方法,以提高控制精度,方便系统调试,在此系统的控制作用下,泵浦源温度为0.1℃内,并给出了实验曲线.     

跨临界CO2制冷循环性能的研究

文中对理想的跨临界ＣＯ２制冷循环,进行了理论分析和性能计算,揭示了该循环的一些特点：对于一定的冷却器出口温度,对应一个使系统性能系数最佳的冷却压力,而且系统性能系数最佳时的冷却器出口温度与冷却压力的对应关系,可以用一个简单的代数式表示;提高蒸发温度可显著提高循环的性能系数;当冷却压力较低时,提高循环的吸气过热度,可显著地提高系统的性能系数;冷却器出口温度越高,效果越明显,当蒸发温度和冷却器出口温度较高时,减小回热器传热温差,可有效地提高系统的单位容积制冷量和性能系数．这些结论,对于跨临界ＣＯ２制冷系统的运行操作具有重要的指导作用．     

基于最大输出电流的智能太阳能电源管理电路

为实现跟踪太阳能电池板的最大功率点, 提出一种基于直流鄄直流(DC/ DC: Direct Current-Direct Current)变换器最大输出电流的方法, 并将模糊逻辑控制理论应用于太阳能电源管理电路进行智能化充放电管理。 建立了 DC/ DC 变换器数学模型, 理论证明了基于最大输出电流跟踪太阳能电池板的最大功率点的可行性。 模型采用 STM8L151K4T6 单片机控制 Sepic 变换器电路实现了对 3 W 的小功率太阳能电池板的最大功率点跟踪, 对储能元件蓄电池的恒流恒压充电控制以及过充和过放保护进行控制。 实验结果验证了该设计的合理性和有效性, 实现了太阳能电源管理电路的最优控制。     

一种带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器

传统的燃料电池发电系统用DC/DC变换器拓扑主要是隔离型Boost变换器,其效率、增益和输入电流纹波都有一定瓶颈.为此,提出了一种新颖的带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器,变换器的输入侧采用双电感结构,输出侧采用谐振倍压结构实现了整流二极管的零电流关断.相比于传统的隔离型Boost变换器,所提出的拓扑的具有更小的输入电流纹波,同时变换器增益提高了1倍.给出了变换器的工作原理波形并进行了详细的模态分析,在此基础上完成了变换器的增益特性和输入电流纹波分析并给出了一种可行的变换器设计方法.最后研制了1台500 W的样机,满载效率为96.5%,样机实验结果验证了所提出拓扑的可行性和高效率功率变换的优点.     

A separate two-stage pulse tube cooler working at liquid helium temperature

A novel 4 K separate two-stage pulse tube cooler (PTC) was designed and tested. The cooler consists of two separate pulse tube coolers, in which the cold end of the first stage regenerator is thermally connected with the middle part of the second regenerator. Compared to the traditional coupled multi-stage pulse tube cooler, the mutual interference between stages can be significantly eliminated. The lowest refrigeration temperature obtained at the first stage pulse tube was 13.8 K. This is a new record for singlestage PTC. With two compressors and two rotary valves driving mode, the separate two-stage PTC obtained a refrigeration temperature of 2.5K at the second stage. Cooling capacities of 508mW at 4.2K and 15W at 37.5K were achieved simultaneously. A one-compressor and one-rotary valve driving mode has been proposed to further simplify the structure of separate type PTC.     

二氧化碳跨临界制冷循环系统能效分析

在分析R134a循环系统和带中间冷却器的双级压缩C02制冷循环系统的工作过程及性能特点的基础上,提出了制冷循环系统冷却器的设计依据。通过建立热力学模型,对CO2跨临界双级压缩制冷循环进行了数值仿真计算,并将计算结果与R134a循环系统进行对比分析。通过制冷循环效能分析,重点研究了影响系统循环的主要参数,如排气出口压力、回气过热、蒸发器温度和COP的表现,旨在为实际系统设计提供参考。     

电流传感器的设计与分析

介绍了电流传感器的设计原理及设计分析过程，以单匝贯穿式直流传感器为设计实例进行计算和分析，同时给出实验结果。     

静止无功发生器直流侧电压对无功补偿特性的影响研究

为设计静止无功发生器的直流侧电压,分析了直流侧电压的取值对补偿特性的影响,提出了直流侧电压的设计方法.该方法通过输出的无功电流设计完全补偿无功功率时所需的直流侧电压理论最小值,当直流侧电压小于理论最小值时,在正弦调制方法和非正弦调制方法下,分别通过功率因数和谐波电流设计直流侧电压,并且定量分析了在非正弦调制方法下保证电源基波功率因数为1时注入电网的谐波电流值.与工程应用中通过工程经验或者通过仿真来设计直流侧电压的方法相比,该方法可以定量地设计直流侧电压,减小了直流侧电压设计的盲目性.实验验证了所提出的设计方法的有效性.     

三相隔离型ZVZCS—FB—SPWM整流器控制系统

论文建立了一相ＺＶＺＣＳ－ＦＢ－ＳＰＷＭ整流器在ｄｑ旋转坐标上的平均数学模型;提供了输入电源功率因数和直流输出电压的解耦控制途径,对输入电流采用开环控制,通过稳态补偿使输入滤波器的相角移动,达到在数为１;对输出ＤＣ电压采用典型的单环控制方案,同时探讨了三相输入滤波器的传输特性及设计原则,通过计算机仿真验证了变换器平均模型的正确性和系统设计的可行性。     

蒸汽压缩制冷循环的有限时间热力学分析

本文运用有限时间热力学概念分析蒸汽压缩制冷循环,在制冷率给定的前提下,得到了蒸发器和冷凝器的最佳传热温差。典型计算的结果与工程实际符合良好。根据有限时间热力学概念所提出的方法比经典的热力学分析方法更接近实际。文中提供的最佳温差图线可供工程设计参考。     

风力发电系统中直流辅助电源的设计与仿真

为了满足风力发电系统中各监测单元模块对供电系统的需求,设计了一款多输出直流(direct current, DC)辅助开关电源。根据辅助电源参数的具体要求,理论分析并设计了DC-DC高频反激变压器;选用稳压管TL431、光电耦合器PC817以及UC2842控制芯片,实现对输出电压的采集、输入电流的采样以及功率MOS(metal, oxide, semiconductor)管的驱动;搭建了一款输出电压为5、15、24 V的多输出双闭环控制的反激开关电源电路,并利用Saber软件对设计的直流辅助开关电源电路进行了仿真。仿真结果表明:设计的多输出直流辅助开关电源的输出电压、占空比以及开关频率符合设计要求,其值均在设计要求精度的10%以内。可见设计辅助电源电路中所采用的方法简单有效,且电路各元器件参数值的选取合理,其方法和结果可在后续直流辅助电源系统电路的硬件开发中为各元器件参数的优化提供参考依据。