最大占空比反激式电源主电路及变压器的设计

主要研究一种适用于各种不同形式控制IC的高频反激式开关电源设计的新方法。提出了基于最大占空比的初级电感计算公式,讨论了反激电压的特性及反激电压确定公式。     

并联型有源电力滤波器输出电感选择的新方法

并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)交流侧输出电感是连接APF与电网的桥梁,直接影响补偿电流的动态性能,对有源滤波器的补偿特性起着决定性作用。针对电压源并联型有源电力滤波器电感注入电路的拓扑,提出一种严格的基于谐波电流分析的并联型APF输出电感值确定方法。它能根据补偿目的的不同准确计算出最优的电感值。通过对电力系统中广泛存在的非线性整流负载的仿真,验证了该方法的正确性和可行性。     

定子双绕组异步电机变频交流发电系统辅助励磁电容和滤波电感的优化设计

提出了定子双绕组异步电机(DWIG)变频交流发电系统中的两个关键参数——辅助励磁电容和滤波电感的优化设计方法.利用DWIG控制绕组无功电流解析表达式对不同转速和负载条件下的控制绕组无功电流进行了分析,获得了它的变化规律,进而确立了辅助励磁电容的优化原则.待辅助励磁电容优化后,根据控制绕组最大无功电流及电流快速响应要求来确定滤波电感的上限;按照抑制电流谐波能力要求来确定滤波电感的下限.样机实验结果表明,按所提优化设计方法选取的辅助励磁电容和滤波电感是合理、有效的,能保证系统稳定运行,且实现了控制变换器容量的最小化.     

一种改进型预测电流控制算法

并网逆变器控制系统的最终目标是实现对参考电流的跟踪,因此需要根据前两个或三个开关周期的情况对参考电流进行前向预测,由于模型电感与实际电感之间的不匹配,导致不同的预测电流控制算法对系统稳定性的影响不同,或者说在系统稳定的前提下不同算法对电感不匹配程度的容忍度不同。本文在对单相并网逆变器控制系统进行稳定性分析的基础上,对比研究了各种传统算法的优缺点,指出了造成其控制效果不同的根本原因,并提出了一种改进型预测电流控制算法,通过将目标电流误差从前两个开关周期电流差改为另一特定形式,减少对中间变量的近似计算,提高算法可靠程度,将系统稳定对电感不匹配的容忍度大大提高,得到比传统方法更好的稳定裕度。最后,通过建立仿真模型和搭建实验平台验证了该新算法的优越性。     

无刷直流电机单相电感检测法无位置传感器控制

提出一种基于检测单相电感的无刷直流电机无位置传感器转子位置检测方法。利用电机凸极效应,通过对电机三相绕组注入固定时长的电压矢量并检测对应单相电流响应的方式检测相电感值,根据电机转子位置与相电感值的关系确定换相点。同时提出一种改进的续流方法,利用电机电感能量维持电机驱动电流,减小无功能量流动,提升电磁转矩驱动能力。与传统电感法相比,该方法只利用一个检测矢量,缩短了检测时间,且检测矢量与驱动矢量相邻,电感能量在续流阶段也持续驱动电机,提高了加速能力。实验结果验证了所提控制方法的有效性与先进性。     

无刷直流电机单相电感检测法无位置传感器控制

提出一种基于检测单相电感的无刷直流电机无位置传感器转子位置检测方法。利用电机凸极效应,通过对电机三相绕组注入固定时长的电压矢量并检测对应单相电流响应的方式检测相电感值,根据电机转子位置与相电感值的关系确定换相点。同时提出一种改进的续流方法,利用电机电感能量维持电机驱动电流,减小无功能量流动,提升电磁转矩驱动能力。与传统电感法相比,该方法只利用一个检测矢量,缩短了检测时间,且检测矢量与驱动矢量相邻,电感能量在续流阶段也持续驱动电机,提高了加速能力。实验结果验证了所提控制方法的有效性与先进性。     

基于电感法无刷电动机转子初始位置的辨识

研究基于电感法面装式集中绕组稀土永磁无刷电动机转子初始位置的确定方法.介绍了电感法的基本原理,在此基础上分别讨论了定子一相和二相通电时转子磁极极性的确定方法,最后以6极、9槽三相六状态无刷电动机为例分析了不同转子平衡位置与电流变化率的大小关系.     

并网逆变器输出LCL滤波器的优化设计

并网逆变器PWM输出LCL滤波兼顾了低频段增益和高频衰减,参数不易选择。提出一种并联型有源电力滤波器中LCL滤波器的参数确定方法,在总电感设计的方案基础上,分析LCL滤波器的两个电感分配对滤波和控制性能的影响,提出了参数选择和优化的方法。仿真及试验验证了参数设计的可行性。     

基于光伏电池特性的逆变器参数设计

根据电池电压-电流(V-I)的工作特性曲线来选择主回路中的电容及电感参数,既满足了性能指标要求,又可以合理地降低成本。运用电池板在不同光照、不同温度下功率和电压的关系,得出电容和电感的参数计算曲线,从而确定了电容和电感的合理参数值。此参数选择方法为实际的光伏逆变器工程设计提供了依据。     

电流源型逆变器电机驱动系统的储能电感电流与转子磁链最优控制策略

在电流源型电机驱动系统中,直流侧电压源与储能电感共同构成电流源为交流负载提供能量,然而在调制过程中,因储能电感电流无法独立控制而导致电流出现断续或持续增加的问题,且电机减速时无法实现能量回馈。该文在电流源型逆变器的直流侧增加电压–电流变换电路实现对储能电感电流的控制及能量的回馈,并设计一种适合于储能电感电流的滞环控制策略。与此同时,为了提高直流侧电流利用率,降低线路损耗,通过推导出转子磁链定向后储能电感电流与转子磁链的稳态数学关系,得到不同转速与电磁转矩情况下转子磁链与储能电感电流最优给定值的确定方法,并在此基础上设计电机转速、转子磁链闭环控制策略。仿真和实验结果验证了所提出的转子磁链与储能电感电流给定值计算方法的正确性,且基于储能电感电流调节的感应电机矢量控制系统在不同工况下均具有良好的稳态、动态性能。     

匝间绝缘故障对干式空心电抗器电感参数影响的仿真研究

干式空心电抗器存在匝间故障时,主要对其电感参数造成影响,准确计算空心电抗器不同位置处故障电感参数变化量,对分析空心电抗器故障位置具有很重要意义。文中分别采用解析法和有限元法计算一个完整电抗器线圈电感参数,确定计算结果的准确性,然后采用有限元法模拟线圈匝间短路,针对不同短路位置,计算线圈电感变化量。结果表明:同一故障位置,越靠近外侧对电抗器整体电感参数影响越大;同一层不同故障位置,越靠近中部对电抗器整体电感参数影响越大。通过电路仿真,不同位置处故障,所测波形的衰减频率的不同,验证了电抗器匝间绝缘检测的有效性。     

模块化多电平高压DC/DC变换器的电感参数设计

中高压大容量DC/DC变换器可以实现不同电压等级直流电网线路的互联,是直流电网中的关键设备之一。该文研究了基于隔离型MMC-DC/DC变换器的电感取值的计算方法和选取原则。通过建立基于交流电压源和电感串联等效电路的数学模型,研究了电感大小对变换器运行特性的影响,进而提出综合考虑功率传输效率限制、交流电流谐波特性以及变压器容量和绝缘设计等因素的电感参数设计方法。最后采用PSCAD/EMTDC仿真软件对设计实例进行验证分析。仿真结果说明该文提出的电感参数设计方法的有效性,同时验证了该文关于电感大小对变换器电气量影响分析的正确性。     

电流纹波率分析与输出滤波电感的优化设计

一般输出滤波电感的设计需以临界连续电流为依据并根据经验公式选取电流纹波计算.该方法未考虑滤波电感上电流脉动对变换器各应力参数的影响,难以得到较理想的输出滤波电感值,从而影响变换器的实际效果.为解决这一缺陷.深入分析了Buck变换器电流纹波率的选取理论依据,提出输出滤波电感的优化设计.该方法综合考虑了变换器各应力参数、滤波电感的体积及变换器的动态性能,最终确定了电流纹波率最佳值约为0.4.以此计算的滤波电感值未影响到变换器动态响应,其设计获得了优化.实验结果验证了理论分析的正确性和该方法的可行性.     

三相PWM整流器主电路参数确定方法

为了实现PWM整流器的高效运行,保护良好的动态特性,主电路参数的确定较为关键,但目前现有的选取方法存在一定的盲目性。根据三相电压型PWM整流器主电路结构的数学模型,提出了满足稳态电路指标以及抑制谐波电流的电感值的计算方法,该方法兼顾了交流侧电感跟踪和滤波的两种特性;为满足直流电压跟踪效果以及确保控制系统的电压外环抗扰性能,结合系统瞬态过程的分析提出了直流侧电容选取的方法,从而解决了PWM整流器主电路参数选取的盲目性问题。通过仿真验证了电感值和直流电容参数确定方法的有效性。     

分立电感无桥Boost PFC拓扑的谐振现象研究

通过实验、仿真和等效电路模型分析方法对分立电感无桥Boost PFC电路电感电流上叠加有高频谐振电流的现象做出了详细的分析和研究,指出高频谐振是PFC分立电感与电路的寄生电容组成LC振荡回路所引起的,确定了谐振电流的路径和谐振频率的大小。同时对比分析了不同电感结构的无桥Boost PFC电路,指出分立电感结构是无桥Boost PFC电路产生高频谐振的重要条件。     

耦合电感在交错并联功率因数校正变换器中的应用

基于交错并联PFC变换器中两分立电感的减小会导致输入电流纹波的增大,电网频率的提高会使波形系数变差,提出采用耦合电感代替分立电感方法,并分析了耦合电感在正向及反向耦合方式下,不同耦合度对交错并联变换器特性的影响,指出适当的正向耦合有助于提高变换器的电流上升斜率。仿真结果表明：耦合电感对减小电流纹波,改善波形系数有很好的效果。     

基于SiC MOSFET直流固态断路器关断初期电压尖峰抑制方法

针对碳化硅金属氧化物场效应晶体管(SiC MOSFET)直流固态断路器关断速度快、关断初期易产生较大电压尖峰及振荡问题,提出一种抑制方法。首先,建立SiC MOSFET等效电路模型,分析其不同寄生电感对固态断路器关断初期电压波形的影响。其次,利用不同电压等级金属氧化物压敏电阻(MOV)吸收能量不同的思想,提出并联MOV作为缓冲电路来抑制断路器关断初期电压尖峰的方法,在分析其工作原理和抑制效果的基础上,提出了选择缓冲MOV额定电压的依据。最后,搭建了基于SiC MOSFET直流断路器实验平台,对不同寄生电感、不同器件下的开断特性进行了比较,并对所提方法的有效性进行了验证。结果表明,相比Si IGBT固态断路器,SiC MOSFET固态断路器具有更为严重的电压尖峰和振荡问题,且随着寄生电感的增加越来越严重,所提出的方法可有效抑制其电压尖峰并减弱振荡。     

飞跨电容三电平变换器开关器件故障检测技术

功率开关器件的故障检测能使多电平变换器及时进入容错运行模式,保证变换器在故障情况下仍能运行,提高变换器的可靠性.为此,提出了一种用于识别和定位飞跨电容三电平DC-DC buck变换器中功率开关器件故障的新技术,通过在线使用AD模数转换法来分析磁分量电压(电感电压)和开关函数,根据不同故障下对应不同的电感电压来确定故障类型,以及对比故障前后时刻的开关函数来确定故障位置.本方法使用互感器替代原有的传感器,降低成本的同时可提高变换器的功率密度.通过三电平飞跨电容buck变换器FCBC(flyingcapacitor buck converter)拓扑的仿真和实验结果验证了以上提出的概念.     

电压调节模块耦合电感性能分析与设计

在多路交错拓扑电压调节模块中,耦合电感的方案与设计已经成为协调模块动态和稳态性能的重要措施.在引入动态和静态等效电感的电路模型基础上,提出了耦合电感气隙参数的设计指导原则,使得工程师对如何从耦合电感设计上兼顾动态和稳态性能有直观、清晰和深刻地认识,以更好地指导耦合电感设计.通过对一个两路电压调节模块的各种气隙设计实例和实验,验证了所提出的设计指导原则的便捷性和实用性.     

空心电感器的一种优化设计方法

在电感量、体积和重量等约束条件下,以减小电感体积为目的,提出了一种空心电感器的优化设计方法。利用四维可视化技术,得到电感量和电感器体积两者相交的区域,并从相交区域中选出相同电感量下电感器体积能达到最小的优化区域,再将所确定的区域剖解开,即可获得电感器的内径、平均匝数和层数等参数,以此绕制了实际电感器并进行了测量。实验结果表明,设计与实际绕制的电感相比,其电感量之间误差是1%、体积误差是2.3%,说明该方法达到了电感量和电感器体积的最优化效果。