本安开关变换器输出短路火花放电机理与引燃能力及可控抑爆方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51777167
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The output short-circuit spark discharge of intrinsically safe switching converter is the main factor to ignite explosive gas. However, due to lack of clear understanding about the mechanism and ignition capability of the output short-circuit spark discharge, the unreasonable anti-explosive measures and evaluating methods have to be adopted to hinder the advancement and application of the high-power intrinsically safe switching converters. To solve these problems, the mechanism and ignition capability of the output short-circuit spark discharge are studied based on the programmable micro-nano gap discharge experiment platform and programmable ignition experiment apparatus. The mathematical model describing the output short-circuit spark discharge characteristics is established, and the relationship among the spark discharge power and time with the electrical and component parameters is analyzed, respectively. The parameters combination which can make spark discharge power the highest is searched. The mathematical model describing the ignition capability of the output short-circuit spark discharge is established, the relationship among the minimum ignition power with time and the electrical and component parameters is obtained, respectively. The critical conditions to take explosion-proof measures are obtained by comparing the maximum spark discharge power with the minimum ignition power. The controllable explosion-proof method to realize intrinsically safe anti-explosive through controlling the spark discharge power and sustaining time is proposed. According to the obtained explosion-proof method, the pulse power criterion to evaluate intrinsically safe performance of the switching converter is achieved. The relationship among the pulse power and intrinsically safe output power with the electrical and component parameters is analyzed, respectively. The design method of high power intrinsically safe switching converter is concluded. The obtained research achievements can help to promote the development and application of high-power intrinsically safe switching converters.
本安开关变换器输出短路火花放电是引燃爆炸性气体的主要因素,但由于尚未对短路火花放电机理及引燃能力有明晰认识,以致采用不合理的抑爆措施和评价方法,严重妨碍大功率本安开关变换器的发展及应用。为此,本项目拟采用程控微纳间隙放电实验平台及程控引燃试验装置对开关变换器的输出短路火花放电机理及引燃能力进行研究,建立描述其短路火花放电特性的数学模型,分析火花放电功率及时间与电气元件参数的关系,寻求使得火花放电功率最大的参数组合;建立描述短路火花放电引燃能力的数学模型,得出最小引燃功率与时间及电气元件参数的关系;将最大火花放电功率与最小引燃功率进行比较得出采取抑爆措施的临界条件;提出通过控制火花放电功率及持续时间实现本安防爆的可控抑爆方法,得出评价本安性能的脉冲功率判据;分析脉冲功率及本安输出功率与电气元件参数之间的关系,综合得出大功率本安开关变换器的设计方法,促进大功率本安开关变换器的应用与推广。

结项摘要

针对对本安开关变换器的短路等故障火花放电机理及引燃能力认识不够,以致采用不合理的抑爆措施,严重妨碍大功率本安变换器的发展和应用的问题,本项目对故障火花与电弧放电机理、引燃能力、脉冲功率判据、可控抑爆方法及优化设计理论进行了研究,具体工作及取得的进展如下:.通过建立基于IEC安全火花试验装置电极的PIC-MCC数学模型,并进行数值计算分析,揭示了开关变换器短路火花放电机理:真空环境通过场致发射诱发热电子发射,形成热-场火花放电;介质环境同时存在热-场火花放电和汤姆逊放电。通过研究CH4-N2气体、甲烷浓度等对放电特性的影响,揭示了CH4-N2气体电离放电机理,为研究火花放电引燃能力奠定了基础。.根据变换器输出短路放电机理,并综合考虑温度、电离系数、极间电压等参数,推导得出了火花放电电阻和功率的解析式,以及电极消耗能量、储能元件残存能量及有效点燃能量;通过分析电极分断速度与放电时间的影响及分断初始电流、电弧电压等参数,推导出可描述电感分断放电引燃能力的临界引燃功率与能量,实现了火花与电弧放电引燃能力的定量描述。.通过对输出短路放电特性及有效引燃能量进行分析,得出了有效短路火花功率的表达式;依据容性电路的临界点燃曲线及其短路放电特性,得出了给定输入电压对应的临界引燃功率;将二者进行比较得出了本安开关变换器的脉冲功率判据。依据脉冲功率判据及临界引燃能量,得出了通过控制火花放电时间实现本安防爆的可控抑爆方法,据此可有效提高变换器的本安输出功率。.综合考虑本安和电气性能要求,定义了本安开关变换器的最大输出功率并得出其与输入和输出电压、负载电阻及工作频率之间的四维关系图;考虑到电容ESR对本安及电气性能的影响,以及所得出的脉冲功率判据和等效电感,分别提出了基于最大输出功率、脉冲功率判据、等效电感及考虑电容ESR影响的本安开关变换器设计方法。项目研究取得的进展和结论对促进大功率本安开关变换器的开发及推广应用具有重要理论意义和实用价值。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(26)
专利数量(25)
一种新型二次侧自复位正激变换器研究
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191581
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海亮;王航杰;刘树林;彭银乔;黄鲲
  • 通讯作者:
    黄鲲
Optimal Design Method for Inner-Intrinsically Safe Buck-Boost Converters Based on Ignition Capability
基于点火能力的内本质安全Buck-Boost变换器优化设计方法
  • DOI:
    10.1155/2021/6678566
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yongxiu Zhao;Minggeng Li;Qi Wang
  • 通讯作者:
    Qi Wang
基于超级电容器的电网短路故障监测系统自供电电源研究
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191722
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李艳;刘树林;王颖
  • 通讯作者:
    王颖
电极分断速度对电感分断放电特性的影响分析与建模(EI刊源)
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2019.0723
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵永秀;王骑;王瑶
  • 通讯作者:
    王瑶
爆炸性环境电感分断放电引燃能力及本安性能评价方法
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2020.0393
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵永秀;王骑;王瑶;李明庚
  • 通讯作者:
    李明庚

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其他文献

多属性决策的广义双基点排序法
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    刘树林;邱菀华
  • 通讯作者:
    邱菀华
考虑预算约束影响的关键词拍卖研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    经济问题
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩帅;刘树林
  • 通讯作者:
    刘树林
接力和独立方式对多群体方案创建影响的实验研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘树林;陈家明;肖利飞;刘瑞红
  • 通讯作者:
    刘瑞红
带佣金率和保留价的一级和二级价格拍卖
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    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    管理评论
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王明喜;刘树林;汪寿阳
  • 通讯作者:
    汪寿阳
电容电路短路火花放电特性及其建模研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘树林;钟久明;樊文斌;战美.
  • 通讯作者:
    战美.

其他文献

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刘树林的其他基金

开关电源本安防爆性能试验与评价的理论及方法研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
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    面上项目
本安防爆开关DC-DC变换器的非爆炸本质安全判据及优化设计理论
  • 批准号:
    50977077
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    37.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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