开关变换器功率电感磁损建模及应用

以Buck、Boost变换器为例,根据磁损分离模型理论和开关变换器电路工作特征,提出一种简化的功率电感磁芯损耗计算模型。无需依赖任何磁性材料系数,仅利用一组正弦激励磁芯损耗数据就可预测Buck、Boost变换器在不同占空比下的磁损。该模型可有效体现不同因素对磁损的具体影响,通过实验测试数据验证了所提计算模型的正确性。     

交直流混合激励下变压器用叠片式磁构件杂散损耗问题的数值模拟及实验验证

基于TEAM-P21c基准模型深入研究交直流混合激励下变压器中叠片式磁构件杂散损耗的数值模拟及实验验证方法.考虑空载、负载条件下线圈损耗的差异,提出一种基于实验确定结构件杂散损耗的改进方法.搭建硅钢叠片磁特性、损耗特性测量系统,提出可考虑偏置磁场影响的铁损模型,并用于计算三维漏磁场激励下的叠片式磁构件的杂散损耗.通过磁场、损耗的仿真与实验结果对比,验证了该文方法的有效性.最终基于仿真及测量结果,分析了直流偏置磁场对杂散损耗的影响,得到了交直流混合激励下导磁构件中附加损耗的分布及其对杂散损耗的影响.     

脉宽调制激励下材料铁损自动测量系统研制

随着供电方式的变革,越来越多的电工设备工作在脉宽调制模式(PWM)的激励下,而通常铁心材料生产厂家只提供基于正弦磁密激励的铁损曲线,参考价值有限,另外商用的铁损测量仪均是基于正弦磁密模式,针对此情况,提出了一种铁损自动测试系统的硬、软件实现方案,详细阐述了其测量原理,推导了铁损测量误差的解析表达式,指出信号的相位差是影...     

基于SPICE模型的Buck变换器磁芯损耗仿真分析与实验验证

以Buck变换器为对象,提出了一种基于SPICE仿真策略模拟开关变换器铁氧体的磁芯功率损耗。该方法基于磁芯功率损耗构成分离模型,使用一组正弦激励下的损耗数据作为仿真基准,通过三个模拟行为构建模块体现占空比对磁滞损耗和涡流损耗的影响。该仿真算法可直观地给出Buck变换器磁损随占空比的变化,同时也给出了磁滞损耗分量、涡流损耗分量和磁通密度等关键变量的变化特征。实验表明所提出的磁损仿真结果与实验结果取得了较好的一致性。     

基于功率放大器磁损测试平台补偿方法的设计

测试开关变换器的磁芯在不同工况下的损耗可以给电力电子工程师进行合理的热设计提供依据,选择合理的工作区间。基于功率放大器磁损测试平台的电测量方法简单可行,但由于功率放大器输出阻抗的影响,获得的激励波形会小于实际期望波形。论文提出了所需叠加的激励波形计算方法,通过Arb Express软件生成补偿波形以消除功率放大器输出阻抗对激励波形的失真影响。磁损测试平台的实验验证了该方法的有效性。     

无取向立式磁屏蔽的性能分析和实验研究

本文基于P21c-M1磁屏蔽模型,对工频下不同电流激励无取向立式磁屏蔽和取向立式磁屏蔽的屏蔽效果进行对比分析,研究无取向磁屏蔽在变压器磁屏蔽中的适用性。本研究中,采用激励线圈精确建模的方式,从总损耗中分离出激励线圈负载损耗,从而得到较为准确的磁屏蔽构件的损耗值。实验和仿真结果表明,在相同电流激励下,由于两种硅钢片的磁性能差异,无取向立式磁屏蔽的屏蔽效果相较于取向立式磁屏蔽有微小的差异。     

永磁同步电机效率改善策略比较研究

基于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)平台,针对最小损耗模型和最大转矩电流比两种效率改善策略进行了比较研究。前者通过计算PMSM的铜损和铁损,建立了最小损耗模型,求得最优励磁电流,进而给出最优定子磁链指令值Ψs*。后者利用Lagrange乘子法推导出了最大转矩电流比(MTPA)时输出转矩与最小定子电流之间的关系式,利用曲线拟合的方法求得最优励磁电流,进而给出最优定子磁链指令值Ψs*。仿真实验表明,两种控制策略都能够在保持良好性能的基础上提升运行效率,且最大转矩电流比方法要优于最小损耗模型法。     

功率变流器中磁性元件损耗的影响因素

磁性元件是功率变流器的重要组成部分,为了更好地发挥磁性元件的作用,提高功率变流器的转换效率,必须深入了解磁性元件的损耗问题.在此从电路运行条件,即开关频率、激励波形、占空比、直流偏置,以及磁路运行条件,即磁感应强度、磁芯封装大小、气隙边缘效应两个方面对磁性元件损耗,包括磁损和铜损的影响进行了回顾和分析,指出了当前研究中存在的问题及今后应开展的工作.     

异步电动机间接转矩控制系统的效率优化设计

针对异步电动机间接转矩控制系统,提出了一种效率优化方法.首先,在计及铁损的情况下推导了异步电动机的损失模型;然后,在旋转坐标系下,计算出最优的转差率,根据转差率与转子磁链及电磁转矩的函数关系,推导出最优的转子磁链,根据定子磁链与转子磁链、电磁转矩之间的函数关系,得到定子磁链的最优给定值;最后,将所得到的最优定子磁链给定量用于异步电动机间接转矩控制系统中.实验验证了方法的有效性.     

电力市场环境下的无功采购

在放松管制后的电力市场环境下,无功支持被视为一种重要的辅助服务.采用市场手段来获取无功服务可以激励无功供应商积极提供系统所需的无功出力,并有利于引导合理的无功投资.文章首先提出了一种分段形式的发电机无功报价模型,其包括容量报价和电量报价两部分.这种模型既可以满足无功供应商全面回收成本的需要,也兼顾了在很多实际运营的电力市场中对各发电机所施加的强制无功出力要求.在此基础上,给出了四种不同目标的无功采购模型,分别为:优化系统网损、优化系统采购成本、优化电能质量以及优化系统安全性.最后,通过算例计算对采用这四种模型下所得到的结果进行了比较和分析.     

不同激励条件对铁氧体磁心损耗的影响

在软磁器件的设计中,磁心损耗的计算是设计人员的重要工作内容.在不同的激励条件下,磁芯的损耗也不同.综合介绍了直流偏置,矩形波激励和方渡激励务件下铁氧体磁心损耗模型.在有直流偏置的正弦波激励下,铁氧体磁心损耗会增大.在不同激励条件下通过对经典斯坦麦茨(Steinmetz)公式进行修正后其计算结果更符合实际情况.     

方波激励下纳米晶体铁心损耗模型建立与验证

为了实现电力机车小型化轻量化的发展要求,国内外专家考虑通过采用提高变压器的工作频率减小变压器整体的体积和质量。铁心作为高频变压器的关键部件,可以准确计算铁心损耗,对中高频变压器的设计和优化具有重要作用。针对高频变压器铁心通常是工作在方波或脉宽调制(PWM)波等非正弦激励下的特点,对传统Steinmetz损耗计算模型进行了优化改进,给出了考虑磁密的变化率及波形系数对损耗的影响的Steinmetz改进损耗模型。同时,为了提高损耗模型在不同特征频率下的通用性,进一步对损耗模型系数的非线性进行研究,给出了模型系数随频率变化的非线性函数。最后,利用有限元计算结果同实物测量结果进行比较,证明了所提损耗模型在方波激励下对纳米晶体铁心计算的准确性。     

不同占空比下功率变换器磁芯损耗分析与建模

功率变换器中磁芯损耗与励磁波形密切相关。为了有效地评估和预测不同占空比的磁芯损耗,以铁氧体磁芯材料为研究对象,分析影响磁芯损耗的两个重要因素——交流磁通密度峰值和励磁频率,进一步研究磁芯损耗与磁通密度变化率的关系,引入矩形波励磁下磁通密度变化率波形系数的概念,在占空比为0.5时磁芯损耗模型的基础上,对不同占空比工况下磁芯损耗进行建模。最后,采用Origin数据统计分析软件对比了实验数据和所提出模型的计算结果,验证了模型的准确性。     

Impacts of Transformer Core Hysteresis Formation on Stability Domain of Ferroresonance Modes

This paper investigates impacts of various formations of hysteresis on the stability domain of ferroresonance modes of a voltage transformer (VT). Based on four different hysteretic and two single-valued polynomial models, ferroresonance behaviors of the VT are studied. The hysteretic models are developed based on the Preisach theory. The first hysteretic model accurately duplicates the measured hysteresis loops of the VT in a wide variation range of the core excitation level. The other three hysteretic models represent different hysteresis loop formations. The polynomial models are based on identical single-valued polynomial magnetization characteristics but represent different core loss resistances (i.e., constant and dynamically varying core loss resistances, respectively). All of the models represent the same core losses as the measured value to investigate impacts of hysteresis loop formations on ferroresonance modes, independent of the corresponding hysteresis losses. The studies are conducted in time domain in the PSCAD/EMTDC software environment. The studies indicate that the VT model, which duplicates the measured hysteresis loops and the measured core loss over a wide range of excitation levels, results in more ferroresonance modes, expanded stability domains, and higher overvoltages. This paper concludes that formation of hysteresis is an independent factor which significantly impacts the ferroresonance phenomenon. Not only is it a single-valued magnetization characteristic but also a generic hysteretic characteristic; if it is not accurately constructed based on the measured core hysteresis data, it can result in significant error in determining the ferroresonance overvoltages and stability domains of the ferroresonance modes.      

考虑谐波及集肤效应的电工钢片旋转异常损耗计算与测量

为了准确计算电工钢片的旋转异常损耗,根据谐波分析原理对建立的电工钢叠片有限元模型进行时步有限元仿真;基于旋转铁心损耗计算模型,通过考虑涡流集肤效应对旋转损耗系数的影响结合钢片在中低频率下的损耗测试获得叠片损耗计算的关键系数,间接求得电工钢片中旋转异常损耗的计算式。利用构建的新型三维磁特性测试系统对典型电工钢叠片样品进行椭圆形旋转与交变励磁方式下的宽频铁耗实验测量,并定量地进行了对比与分析。结果表明:2种励磁方式下叠片损耗的变化规律相类似,但其椭圆形旋转各损耗都要比交变时的对应损耗大,必须认真考虑谐波、集肤效应和旋转励磁等对材料特性的影响;所计算出的旋转异常损耗也是相对较小,在1 k Hz时也未占到旋转总铁耗的5%。从而验证了所推导出的计算式和测量手段的正确性与可行性。     

电磁超声换能器设计性能评价

阐述了电磁超声换能器(EMAT)超声波激发机理、极化过程超声波振幅解析解和换能效率数学表达式.建立了EMAT实物模型,对不同几何形状的励磁线圈、电磁感应强度和提离距离等影响因子设计了多组基于回波幅度对比试验.然后基于测试试验结果,分析了核心功能组件设计对EMAT测试性能的影响,并比较了不同材质的测试效率和EMAT适用范围.试验结果表明:功能组件组合和参数因子优化设计可有效改善EMAT测试性能,这为EMAT最优性能设计和工程测试解决方案提供基础技术参考.     

斩波技术在小型水电站励磁系统改造中应用

分析了同步发电机直流励磁机控制方案中自励系统和他励系统方式存在调磁电阻损耗大、励磁系统效率低的缺点,提出采用直流斩波技术对直流励磁机控制方案进行改造和优化。自励直流斩波励磁系统的上位机选用工业控制机,应用工程设计法设计调节器,选用可编程控制器(PLC)为控制器,对励磁进行自动控制。上位机通过RS-485和PLC通信,PLC接受上位机的控制命令,实时传送现场工况(同步机发出的电压、电流;励磁电压、电流及计算的有功、无功功率)。根据同步机的数学模型、脉宽调制控制的斩波器的数学模型,应用工程设计法确定其调节器的控制算法为比例积分微分(PID)调节。该系统已在一小型水电站投入使用。     

Magnetic Circuit Model Considering Magnetic Hysteresis

Quantitative estimation of core loss considering magnetic hysteresis property is strongly required to develop high‐efficient electrical machines. This paper presents a novel magnetic circuit model considering magnetic hysteresis. In the proposed model, dc hysteresis loss is calculated by the Landau–Lifshitz–Gilbert (LLG) equation, while classical and anomalous eddy current losses are calculated in the magnetic circuit. It is demonstrated that the hysteresis loop under PWM wave excitation can be expressed by the proposed model. The validity and effectiveness of the method are proved by comparing with measured values.     

方波激励下的单相变压器铁心损耗低频测量方法研究

本文中作者提出一种基于低频方波的铁磁元件铁心损耗测量方法,利用最小二乘法原理计算了磁滞损耗系数和涡流损耗系数,对铁心损耗进行了折算。