脉冲熔化极气体保护焊研究阶段报告(设备部分)

本课题是教研室在近几年开展对脉冲钨极氩弧焊用直流断续器研究的基础上,将这种直流断续器方案在脉冲熔化极气体保护焊方面的应用,经设备研制及工艺试验证明,它具有通断可靠、工作频率高、对主要元件性能没有特殊要求等一系列优点。另外,本文对在熔化极气体保护焊条件下该直流断续器主要元件参数的确定方法进行了研究。     

基于加权差分电流的直流故障电弧检测方法

为了解决低压直流系统中传统电弧故障检测方法精确度不足及对不同系统通用性较差的问题，本文提出一种新的基于加权差分电流的直流电弧故障检测方法。首先搭建直流源实验平台，开展串联直流电弧高频特性实验，利用快速傅里叶变换提取电弧电流的特征频段为20～30 kHz、40～50 kHz和55～65 kHz。然后，研究电极材料和负载类型对电弧特征频率的影响，实验结果表明直流电弧的特征频段不随电极材料和负载类型改变。将3个特征频段内幅值的最大值I_max、幅值之和I_sum以及幅值的标准差I_std作为特征参量。基于对电弧电流特征频段和特征参量的双重加权差分，利用差分结果是否大于阈值0.5作为直流故障电弧检测判据。最后，在低压直流系统和光伏系统中验证所提出检测方法的有效性。检测方法能够准确区分开关动作与负载突变等系统正常操作。该方法克服了传统单一频段单一指标检测方法的不稳定性，能够有效检测直流电弧故障，提高检测的准确性，并在光伏系统中验证了检测方法的通用性。检测方法对保障低压直流系统的安全稳定运行具有重要的应用价值。     

一种新型电机车直流变换器

目前，架线电机车的直流换器，是通过晶闸管直流断续器把输入的直流电转换为电压较低的直流电，向电机车的照明灯和电喇叭供电。这种电源装置存在以下几点不足：     

基于Comsol Multiphysics的新型高压直流继电器电弧仿真分析

传统直流电磁继电器采用电磁驱动方式，分断间距为2~3 mm，在工作负载增大时需增加线圈匝数，导致继电器质量增加、灭弧难度增大。为解决上述问题，采用微电机蜗轮蜗杆作为驱动机构、分断间距相比传统电磁继电器大数倍的新型高压直流继电器设计方案，并利用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics，基于磁流体动力学（MHD）理论建立了直流继电器的二维电弧仿真模型。考虑到分断间距、电流、磁场强度以及分断速度等条件对电弧的影响，分析了不同上述条件下电弧的运动特性，得到了适定参数下较为合理的间距、工作电流、磁场强度和分断速度，为新型高压直流继电器灭弧系统的结构设计提供参考。     

小功率离子拖动系统中静态速度特性曲线计算法

现代小功率离子拖动系统往往仅用二相正流全波输出线路,当这种两相全波正流系统带可变反电势负载时,其输出电流在一般运转情况下是断续的,因为在一般情况下阴极回路不再接入电抗器。 大家都知道,在电流断续状态下,正流器输出特性倾斜弯曲较大,而拖动的直流他激电机就具有串激机的机械特性,这样对于要求机械特性曲线较硬的生产机械就不合适,故一般采用闭环反馈系统,以达维持恒速的要求。     

位标器测试中天线和陀螺的负载仿真模型研究

本文介绍了一种用于位标器测试的天线和陀螺的负载仿真模型.文章分析了天线和陀螺在位标器工作中的功能和特性,并结合直流力矩电机模型理论,分别推导并建立了天线和陀螺的负载仿真模型.与实物相比,该仿真模型具有响应速度更快,稳定精度更高的特点,完全可代替天线和陀螺实物完成位标器的地面测试.     

不同电极材料条件下改进Catboost算法的直流故障电弧检测算法

为了研究直流系统内不同电极材料对故障电弧检测造成的干扰,针对性地解决多种电极材料下故障电弧检测的误动与拒动问题,提出了改进Catboost算法的直流故障电弧检测算法。搭建直流故障电弧实验平台,以拉弧的方式获取了6种电极材料条件下的直流故障电弧数据,通过构建故障电弧检测特征评价指标,采用小波变换方法在不同电极材料条件下更有效地提取故障电弧时频特征;分析不同电极材料对直流故障电弧检测特征、算法效率的影响,指出检测特征指标与材料熔点、电阻率呈正相关关系;提出的算法相较于现有的阈值比较算法和Adaboost算法提高了电弧检测范围,有效解决了纯铝电极材料下难以准确检测电弧的问题。该算法在6种不同电极材料下均能实现1.5 s内对电弧的快速检测,检测准确率达到100%,满足UL1699B标准要求。     

反激变换器不同工作模式时的稳态分析与设计

分析了反激变换器在电感电流连续模式（CCM），临界连续模式，断续模式（DCM）时的稳态原理，得出DCM和CCM模式反激变换器分别具有类似于电流源和电压源外特性的结论。比较了CCM和DCM模式反激变换器的工作情况，指出根据负载选择工作模式的方法。详细地介绍了反激变换器中储能式变压器的设计方法，进行了反激变换器原理样机的设计与试验，试验结果与理论分析一致。     

高精度故障电弧检测多传感器数据融合算法

 由于故障电弧的物理特性复杂, 且电路中存在与故障电弧波形相似的负载, 因此传统 检测故障电弧的方法误判率较高. 提出了一种多传感器数据融合算法, 用于提高故障电弧的检测精度. 该算法包括自适应加权融合算法和神经网络融合算法, 实现了对温度传感器、声音传 感器和弧光强度传感器所获取的传感信号的数据融合. 自适应加权融合算法克服了单个传感 器的不确定性, 实现了同质传感器中故障电弧特征的提取, 为神经网络融合算法提供了精确的测试样本数据; 神经网络融合算法可自行调整各类异质传感器的权重, 使故障电弧的辨识率更高. 实验结果表明, 该算法可有效提取故障电弧的特征, 辨识精度超过98%, 实现了高精度的故障电弧检测.     

可控硅直流调速系统的电流断续模型及电流自适应控制

本文以三相全控桥可控硅直流调速系统为对象,提出了一种在电流连续和断续情况下都适合的平均值近似模型,为电流断续自适应控制提供了新的途径。作为模型应用例子,给出了双闭环系统的断续自适应仿真结果。     

针对串联直流电弧的电容电流时频检测方法

针对串联型直流电弧故障产生时伴随着高频分量,提出了一种基于并联电容电流时频特性的串联直流电弧故障检测方法。搭建了直流电弧试验平台,测量流过直流源内部滤波电容支路的电流,检测电容电流中随电弧故障产生的高频电流。在PSCAD/EMTDC软件中建立电弧检测仿真模型,利用Nottingham公式将直流电弧等效为非线性电阻。在仿真平台中对串联电弧产生时的并联电容电流时频特性进行分析,结果表明,串联电弧产生时,并联电容电流出现突变,电容电流频谱中5～50kHz频带范围内的积分值增加。对不同回路电流、电极材料等工况时的并联电容电流进行试验,研究发现,电容电流变化率与回路电流成正比,与电极材料沸点成反比;而电容电流频谱积分差值与回路电流成正比,与电极材料沸点成正比。     

直流电弧炉电弧通路的模型

通过对直流电弧现象的产生,电弧的传导和输入、输出功率的分析,建立了直流电弧通路模型,为电弧的控制和偏弧的抑制提供了理论依据.     

串联型故障电弧的实验研究

为准确识别不稳定串联故障电弧、合闸操作电弧、负载正常工作电流信号,开展了串联型故障电弧模拟实验.首先对三种电流信号进行小波包分解及重构,求取重构信号的信息熵;然后对信息熵进行K均值聚类分析,从而区分出正常工作电流信号及电弧电流信号;最后求每种负载在发生串联型故障电弧及合闸操作电弧时相邻两周期电流信号导数最大值比值,并设定相邻两周期导数最大值比值阈值,实现对不稳定串联型故障电弧及合闸操作电弧的识别,防止断路器对故障电弧的误判,进而提高供电系统的可靠性.     

SCR—D速度自适应控制系统的研究

转速、电流双环调速系统受以下三种动态参数变化的影响.(1)负载的变化;(2)电流断续时,可控硅电源放大倍数和时间常数的变化;(3)励磁电流的变化.在恒定工作条件下,假设可控硅的触发脉冲幅值为U,宽度为λ,周期为T的三角形电压脉冲,则可控硅——直流电动机系统的传逆函数为     

基于深度自编码网络的电弧故障检测与负载类型识别

针对有监督学习的电弧故障检测方法需要大量带标签数据且大多只检测电弧故障而未对负载类型进行识别的问题,提出一种基于深度自编码网络的电弧故障检测与负载类型识别方法;采用小波包分解的节点系数作为自编码网络的无标签输入特征量,并运用逐层训练方法对自编码网络进行预训练;为了使所提出方法的权重系数达到全局最优,采用少量有标签数据对所得权重进行微调,通过Softmax多分类器输出电弧故障检测结果,并根据负载类别最大概率识别电弧故障可能的负载类型。结果表明,所提出的方法对电弧故障检测与负载类型识别准确率达到98.56%,高于相同层数和参数规模的有监督学习网络的准确率。     

焊接电弧的电子模拟负载

通过分析焊接电弧动特性和绝缘栅双极晶体管(IGBT)特性，设计了焊接电弧电子模拟负载，提出了一种弧焊电源动特性测试的新的试验方法．该方法采用IGBT作为可变电阻来模拟实际焊接过程中电弧的动态变化，通过弧焊电源的动态电参数来进行综合评判，并对所设计的电子模拟负载进行了工艺实验研究．实验结果表明，采用IGBT可以作为电子模拟负载来模拟焊接电弧的电流、电压的动态变化．     

断续导通模式的Buck变换器反步滑模控制

为进一步提高Buck变换器的控制性能,针对Buck变换器的非线性特性,考虑其在电感电流断续导通模式下的数学模型,采用反步滑模法设计了闭环控制器.基于系统生成器提出了数字控制器的实现方法,分析了其负载扰动和电源扰动特性.与PI控制方式相比较,在Buck变换器的启动阶段,采用反步滑模控制器的系统输出电压的上升速度快、调节时间短、超调小,当Buck变换器的负载和电源参数发生突变时,反步滑模控制的输出电压能够及时调整、扰动幅度小.比较结果表明反步滑模控制的优越性和SG设计开发的有效性,为现场可编程门阵列实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其它直流-直流变换器的非线性控制提供了新思路.     

用微机实现双通道改善直流拖动系统性能的研究

本文提出用双通道原理来改善SCR—D双环调速系统抗负载干扰性能,前馈通道由外扰负载估计器与补偿器组成,负载转矩估计器由Z80单板机实现,文中介绍了微机实现负载转矩估计器原理及方法,并作了模拟实验,分别得出了负载转矩工作特性与系统抗扰实验曲线,获得了明显的缩短扰动后的恢复时间与减小动态速降的效果。文中还对负载转矩数字估计器的鲁棒性进行了初步讨论。     

井下直流电机车弓网电弧识别方法

为获得煤矿井下电机车运行过程中产生的直流弓网电弧的检测方法,开展了不同工况条件下的直流弓网电弧实验,对电流信号进行了混沌特性分析,通过相空间重构获得电弧电流混沌特性序列,使用流形学习降维实现混沌特性的可视化,利用降维后序列作为直流弓网电弧识别特征,并采用极限学习机对直流弓网电弧进行识别.结果表明:该方法能够有效识别直流电机车弓网电弧.     

弧焊电源强电弧力形成机理的研究

利用特制变结构可控硅整流焊机，研究了不同焊机外特性对电弧穿透力的影响及在手工电弧中强电弧力形成机理。并提出获得强电弧力电源的途径。从而使可控硅整流焊机的电弧穿透力与直流旋转焊机相当。