兆瓦级全功率风电并网变流器功率组件设计

在考虑交流电流纹波的基础上,提出了一种估算精度高的功率损耗简单分析方法;直流电容温升与电容电流纹波密切相关,考虑功率组件间杂散参数对电容纹波电流分布的影响,提出了一种分析电容纹波电流的简单方法。最后,设计了包含功率器件、散热器、直流电容、电流传感器等器件的1 MW标准功率组件,并对所设计的功率组件进行了全面的测试。测试结果验证了所提出功率损耗估算方法和直流电容纹波分析方法的有效性,可满足兆瓦级全功率风电变流器的设计要求。     

低感设计对变流器电容纹波电流影响分析与优化

在大功率变流器产品的设计应用过程中,因母排杂散电感的不匹配导致变流器模块支撑电容纹波电流有效值偏大,电容长期工作在超额状态以致损坏。针对上述问题,根据变流器模块不同母排结构建立相对应的数学模型,分析了支撑电容电流偏大的根本原因。通过试验的方法测量提取不同母排结构的杂散电感以指导后续母排的设计。根据理论分析提出了通过优化母排设计、改善控制算法来减小母线支撑电容纹波电流。最后,基于某一变流器平台,通过测量不同试验条件下电容电流纹波,对比分析试验数据以验证所提改进措施的有效性。     

直流无刷电机方波控制系统母线电容纹波电流的分析计算

直流母线支撑电容是影响直流无刷电机控制系统体积和可靠性的关键因素之一,母线电容纹波电流的计算能够有效指导母线电容的参数选择,为实际工程设计提供依据。目前,针对直流无刷电机方波控制系统的电容纹波电流的解析计算方法鲜有研究。该文针对直流无刷电机方波控制系统的特点,研究了方波控制系统中直流母线电容纹波电流产生的机理,通过分析直流无刷电机换向过程中相电流的变化规律,推导了直流母线电流瞬时值、有效值及平均值的解析关系式,进而得到了直流无刷电机方波控制系统母线电容纹波电流的精确表达式。最后利用仿真和实验结果对分析方法的准确性进行了验证。     

牵引功率单元布局对支撑电容的影响研究

功率单元和支撑电容是牵引变流器设计中最核心的两个部件,功率单元结构布局的不同影响支撑电容的纹波电流,进而影响变流器的可靠性和使用寿命.此处研究了功率单元不同结构布局和应用特点,并对其对支撑电容纹波电流的影响进行理论分析,最后通过仿真和样机试验验证,提出最优功率单元结构布局,为功率单元结构选择和电容选型提供了设计依据.     

直流支撑电容器的纹波电流影响其温升的研究

直流支撑电容器是变流器不可缺少的重要部分,直流支撑电容器的运行温度会影响使用寿命。为此,需要研究纹波电流对其温升的影响。首先,以直流支撑电容器为研究对象,研究了直流支撑电容器的发热功率、纹波电流对温升的影响。进而,通过对试品基于单一频率电流的温升试验和发热功率计算,以验证纹波电流对温升的影响。结果表明:纹波电流的数值和频率影响直流支撑电容器的温升;直流支撑电容器的温升与其纹波电流方均根值的平方成正比关系,与纹波电流的频率成反比关系;直流支撑电容器的温升还与损耗角正切成正比关系,与其散热面积、外壳散热系数成反比关系。     

十二相H桥变频器直流支撑电容分析研究

直流支撑电容的设计是变频器设计的一个重要方面,重点进行了十二相H桥变频器的直流支撑电容研究,在分析单相H桥直流支撑电容的基础上,提出了一种新方法来求取十二相H桥支撑电容纹波电流有效值的解析表达式及其谐波频谱。最后通过Matlab仿真和实验验证了该方法的有效性。     

大功率储能变流器功率模组DC-link电容器的试验研究

从满足最恶劣运行工况下纹波电流和满足动态响应的电容容值这两方面,对三相大功率储能变流器功率模组中的DC-link电容进行了计算设计。在简化模型下,定性分析了功率模组间连接铜排寄生电感对电容纹波电流的放大效应,并采取实验验证的方式在整机装置上进行了测试验证。测试发现,模组采用铜排连接方式的原有设计不合理,电容纹波电流放大明显,不能满足设计要求。针对该问题进行了改良设计,模组间更换采用叠排方式连接,改进后模组内DC-link电容的纹波电流放大现象得到了明显抑制,满足整机设计要求。     

电动汽车电机控制器母线电容纹波电流研究

在电动汽车电机控制器中，由于电机负载电流的变化和功率器件高频开关的影响，在直流母线上会产生纹波电流，纹波电流通过直流母线电容，会导致母线电容发热，纹波电流过大会引起电容发热严重，直接影响电容使用寿命。本文通过对电机控制器建立Matlab/Simulink仿真模型，分析了母线电容上纹波电流波形特征，同时分析了纹波电流影响因素，最后介绍了母线电容关键电气参数，结合纹波电流影响因素，对母线电容选型匹配提供参考。     

一种大功率交流变流器直流母线电容等效串联电阻的在线监测方法

实时监测功率变流器中直流母线电容的老化状态,及时发现并更换存在缺陷的直流母线电容,对提高功率变换器的可靠性具有重要意义。该文提出一种基于短路电流的大功率交流变流器直流母线电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的在线监测方法,能准确的对直流母线电容ESR进行在线监测。首先对在线监测原理进行了详细分析,然后分析了短路测试对变流器正常工作的影响,最后,搭建了一台2k W的单相DC/AC逆变器实验样机,在不同工况下对直流母线电容的ESR进行了在线测试。试验结果表明,该方法能准确地在线监测出直流母线电容的ESR,简单有效。该方法可应用于大功率单相或三相变流器中且基本不受工况的限制。     

级联H桥储能变换器直流纹波电流的无源与有源抑制策略

级联H桥储能变换器直流纹波电流会给储能系统带来效率降低、寿命减少、并网谐波增大等不利影响。分析了电容滤波、LC滤波、LC串联谐振3种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的方法,以及它们减小直流链纹波电流的可行性。提出了基于耦合变压器直流有源滤波电路的级联H桥储能变换器拓扑,利用直流有源滤波电路吸收直流链纹波电流,减少流入级联H桥储能变换器直流端口的纹波电流。最后,通过仿真验证了有源滤波方法减小直流链纹波电流的有效性。     

交错并联推挽变换器工作模式分析及设计

针对某电源高功率密度、低输出纹波的要求,提出一种交错并联式推挽变换器.该变换器是一种并一并型组合变换器,由共用输出滤波电容的两个推挽变换器交错并联组成.由于采用交错并联技术,组合变换器具有开关管电流应力小、导通损耗低、输出电流纹波低以及输入输出滤波器体积小重量轻等特点.详细分析了组合变换器的工作模式,并给出了设计方法....     

用薄膜电容器替代铝电解电容器的分析与实践

本文详尽的分析了多相整流的“滤波电容器”的作用,得出在这种条件下“滤波电容器”的作用不再是半滑整流输出电压,而是作为直流母线的电源旁路或DC-Link电容器,用以吸收整流器输出和负载产生的纹波电流。提出采用电容器比较小的薄膜电容器替代锚电解电容器不仅在技术上是可行了的,最主要的是变频器的可靠性得到明显的提高。     

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。     

An Isolated PFC Zeta-forward Single-stage Single-switch for LED Driver Without Electrolytic Capacitor

Abstract

The high-brightness light-emitting diodes (LEDs) require an AC/DC converter with power factor correction (PFC). The large output electrolytic capacitor, which is used to minimize the low frequency LED current ripple, degrades the operating lifetime of the LED driver. In order to increase the lifetime of an AC–DC LED driver, the electrolytic capacitor should be eliminated without significantly increasing the output current ripple. In this article, an isolated single-stage single-switch AC/DC high power factor LED driver without electrolytic capacitor is proposed in which a zeta power factor (PF) corrector is integrated with a forward converter. The detailed theoretical analysis and design procedure of the proposed single-stage PFC converter is presented. The experimental results of a 110 V_rms, 21?W prototype verify the theoretical analysis. The input PF is 0.99 in the proposed converter that complies with lighting equipment standards such as IEC-1000-3-2 for class C equipment.     

换流站高压电容器组不平衡电流测量方法及装置研发

换流站高压电容器组不平衡电流现场测试受复杂电磁场干扰比较严重,而且试验过程中不平衡电流很小,难以直接准确测量。提出一种全新的测量方法,将高频低压交流信号施加于电容器组,通过采集桥臂不平衡电压并采用二阶高通滤波器滤除工频干扰,根据电容器组等效阻抗,计算出不平衡电流值。给出测量装置的实现原理并从电源纹波干扰、工频干扰、放电干扰、器件热噪声干扰等方面采取措施,实现精准测试。现场测试结果表明,新方法理论思路正确,不平衡电流值测量准确。     

Reduction of DC-bus capacitor ripple current with PAM/PWM converter

Electrolytic capacitors are used in nearly all adjustable-speed drives, and they are one of the components most prone to failure. The main failure mechanisms include loss of electrolyte through outgassing and chemical changes to the electrolyte and oxide layer. All the degradation mechanisms are exacerbated by ripple current heating. Since the equivalent series resistance of electrolytic capacitors is a very strong function of frequency it must be properly modeled to accurately calculate the power loss. In this paper, a method to reduce the ripple current in a constant Volts/Hertz pulse-amplitude-modulation (PAM)/pulsewidth-modulation (PWM) converter driving an induction motor is investigated. The dc-bus voltage amplitude is reduced in proportion to speed by a buck or current stiff rectifier and the PWM modulation index is maintained at a high level to achieve a reduced ripple current below base speed. By comparison with a diode-bridge-fed PWM voltage stiff inverter, it is shown that the PAM/PWM mode of operation can lead to a significant reduction in capacitor power loss leading to increased capacitor lifetime or decreased capacitor size. The capacitor heating is analyzed using numerical and analytical techniques. Experimental results are provided to verify the analytical results.     

两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制

针对前级采用Boost电路、后级采用单相全桥逆变电路的两级式逆变器,研究基于传统电压外环电流内环控制改进的方法,以解决抑制中间母线电压低频纹波的问题。由于输入功率是直流量,输出的瞬时功率中除了有直流分量外,还含有2倍于工频的脉动分量,导致输入输出功率不平衡,从而使中间母线电压含有二次低频电压纹波。该低频电压纹波会引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命,会导致逆变输出电压波形出现削顶而产生畸变,还会影响系统的动态性能。为了解决母线电压低频纹波所带来的问题,提出了一种将输出功率前馈到前级直流变换器以实现母线电压低频纹波抑制的方法。仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性和有效性,母线电压低频纹波得到很好的抑制。     

谐振电容电压反馈单输入多输出反激式变换器

为减少小功率供电电源的器件使用数量、降低成本和提高变换效率,提出一种谐振电容电压反馈控制的不对称半桥反激式变换器。采用一次侧谐振电容电压反馈控制方式,简化了隔离型单输入多输出变换器的控制结构;采用恒定导通时间控制器,从而省去反馈补偿网络电路的设计;反馈信号取自一次侧谐振电容电压,具有反馈电压纹波大的特点,这会引起恒定导通时间控制出现脉冲破裂现象,变换器不能稳定工作。为抑制谐振电压反馈纹波大引起脉冲破裂的问题,采用纹波补偿恒定导通时间控制抑制反馈信号的电压纹波,从而使变换器工作稳定。最后通过实验样机验证了理论分析及设计方法的可行性。