开关磁阻电机磁-热耦合仿真分析

采用有限元法对三相18/12开关磁阻电机进行了电磁场与温度场的耦合仿真。应用Ansoft Maxwell软件建立了样机的有限元仿真模型和驱动控制电路,通过瞬态场仿真得出电磁场和铁耗、铜耗分布情况,作为热源耦合到温度场分析模块。采用ANSYS Workbench软件的耦合分析功能,计算了样机的稳态温度场及各主要部件的瞬态温度曲线,并将仿真结果与实验结果进行对比。二者结果基本一致,表明磁热耦合仿真能够准确地分析电机内部的温度分布情况,为今后开关磁阻电机的设计与优化提供了基础。     

二维电磁场—路耦合仿真软件的开发与应用

文中详述了一种二维瞬态电磁场与任意拓扑电路耦合仿真的原理及相应仿真软件的开发过程。根据直接耦合的思想,电路中的每个部件都视作一个有限元单元,而电路区域与电磁场区域通过细导线单元或粗导体单元联系起来,可实现任意拓扑电路与二维瞬态电磁场的耦合计算。文中详述了每种类型单元的单元方程的推导过程,并给出了单元刚度、质量和载荷矩阵的具体形式。为验证所开发软件的正确性,将其应用于一台7.5 kW永磁电机空载、正弦电流激励及PWM电压激励下的特性仿真,并与实测值进行了对比,验证了所开发软件的正确性。此外,通过对比正弦电流激励下和PWM电压激励下的计算损耗与实测值,证明了在永磁电机损耗计算中考虑PWM谐波电压影响的重要性。     

基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法

为分析计算电力电子系统的电磁瞬态过程,需采用非理想开关器件模型,并计及电路中的杂散参数和控制回路中的时间延迟等,此时描述电力电子系统的数学模型呈现出高阶非线性特性,且往往具有较强的刚性。采用常规微分方程的数值解算方法对于这种非线性的电力电子系统瞬态过程进行仿真求解,存在仿真时间超长和数值稳定性很差的问题。为解决这一问题,基于离散状态事件驱动(DSED)思想提出一类电力电子瞬态过程数值仿真方法,摒弃对时间离散的常规数值解算,而直接以状态量的变化值作为仿真计算依据。理论推证和仿真解算比较结果表明:该方法能有效缩短解算时间,同时解决了常微分方程组的刚性问题,使得解算具有很好的数值稳定性。     

电力电子线路的计算机仿真

本文叙述了电力电子线路计算机仿真的数学基础。在仿真中,把电力电子器件当作理想开关,当电路中开关状态发生变化时,通过对基本状态方程和开关方程的系数矩阵进行线性变换即可导出相应的方程。使用这种方法设计了电力电子线路的通用仿真程序。文中给出了几个电路的仿真结果。     

永磁无刷直流电动机场路耦合运动时步有限元分析

提出一种适用于永磁无刷直流电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法，解决了电机在非正弦供电时的场路耦合分析问题。电路中考虑了开关元件换流重叠过程和绕组中点的电位波动。给出了控制电路与电磁场方程耦合的时步有限元单元分析方法，采用改进的有限元运动边界处理方法--插值运动边界法解决转子运动问题。应用上述模型对1台无刷直流电动机的进行分析，计算结果和样机的实测波形吻合。该方法也适用于其他非正弦供电电机的场路耦合有限元分析。     

考虑非理想器件模型的电力电子系统状态方程分析法

针对目前电力电子仿真软件存在的对功率开关器件电磁瞬态过程仿真不够准确,强刚性电路引起数值仿真计算发散等问题,提出一种基于量化状态系统(QSS)的离散状态事件驱动(DSED)仿真分析方法。该方法需要加入自动识别电力电子系统开关过程以及根据电路拓扑和所处状态自动列写状态方程的相关算法。针对该需求提出一种基于图论方法的状态方程及输出方程提取分析方法。首先,经理论分析得到,将选用的器件模型代入电路可以得到状态方程的标准形式;进而,提出电力电子系统电路的参数结构矩阵程式化列写方法,并基于此方法针对开关电路每一次开关器件切换都需要重新列写状态方程这一特点进行了相关分析。最后,对几个典型电力电子系统电路进行仿真计算,结果证明了该提取分析方法的有效性。     

电力电子系统电磁干扰数值建模分析

随着半导体器件功率等级提高、开关速度加快,开关过程引起的电磁干扰(EMI)问题也日渐突出.与传统的EMI问题不同,电力电子系统的EMI问题由功率半导体器件的开关瞬态过程引起,其本质上是一个能量瞬变问题而非信号传输问题,变换形式为脉冲型而非连续型波形,传输载体和路径本质上是空间电磁场而非仅是电路电压电流.这三个特点决定了传统上从信号传播、正弦周期量变换和集总参数等效电路的角度研究EMI的方法难以揭示电力电子系统EMI问题的本质特点和规律.为此,该文从能量脉冲和电磁场瞬变过程的角度,对电磁场和载流子场耦合作用下的电力电子系统中的电磁脉冲进行建模分析.建立了面向电力电子系统EMI机理研究的三维电磁场数值模型,解算了微纳秒级开关瞬态过程中功率器件内部和空间中电磁场的分布及变化情况,并从数值计算和原理分析角度验证了所建三维电磁场数值模型的正确性.该文为电力电子系统EMI机理研究提供了有效的数值分析基础.     

变频器-无刷双馈电机调速系统的仿真研究

根据克朗的张量电网络理论，建立了变频器－无刷双馈电机调速系统的数字仿真模型，该模型通过二次网络变换，可自动处理由开关元件组成的时变拓扑结构网络，并通过与无刷双馈电机方程的耦合，建立了系统的统一状态方程，实现了变频器－无刷双馈电机调速系统的快速仿真。     

IGBT电力电子系统小时间尺度动态性能分析与计算的电磁场-电路耦合模型

为了解决现有模型不完全适用于小时间尺度电力电子系统瞬态性能分析与计算的不足,建立用于IGBT电力电子系统小时间尺度动态特性分析、计算的三维电磁场-电路耦合计算模型,并提出其求解的迭代计算方法。为精确描述小时间尺度下IGBT内部瞬态电磁场及其分布规律,建立的IGBT本体三维有限元模型考虑位移电流、趋肤效应和引线邻近效应等复杂因素的影响;为考虑极小时间尺度下线路中杂散参数的电磁效应,高阶杂散参数电路模型采用多段等效电路模拟杂散参数的影响,同时采用谐态电磁场数值分析计算方法提取模型参数以考虑趋肤效应等的影响。基于IGBT内部电磁暂态过程的分析,提出一种改进的IGBT电路模型;为兼顾计算精度和计算时间的要求,提出等效高阶电路模型的一种降阶方法。仿真计算和实验测试结果证明了所建模型及求解方法的有效性和正确性。     

基于冻结磁导率的变压器漏感计算

文中建立了变压器的场-路耦合模型,采用棱边元建立离散插值函数,运用直接耦合法求解电磁场方程和电路方程,通过损耗分离实现对铁心损耗的计算.利用所得模型,对一台电力变压器的内部故障进行了仿真分析,仿真结果与实际值一致,证明了模型的有效性.仿真分析表明:内部故障同时受故障绕组匝数和位置的影响,其结果可作为分析变压器内部故障的...     

混合式直流断路器IGBT关断能力提升技术研究

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根据直流断路器IGBT的特殊工作条件和电气应力,分析影响IGBT关断能力提升的影响因素,分别从降低IGBT导通损耗、关断损耗和抑制IGBT关断过电压等3个方面提升IGBT的可关断电流能力。文中首先仿真不同回路参数对IGBT损耗的影响,通过优化IGBT退饱和能力和关断过程暂态特性,降低关断损耗,最终完成IGBT结温仿真校核。同时通过研究IGBT关断过电压的影响因素,仿真不同回路参数对IGBT过电压的影响,提出抑制IGBT的关断暂态过电压的具体方法。研制50 kV转移支路阀组,搭建试验平台,完成26 kA的大电流开断,IGBT稳态损耗和暂态损耗都得到有效控制,相关技术和研制设备已经应用张北工程±535 kV混合式高压直流断路器项目,具有十分重要的工程意义。     

具有等离子体融断开关的电路的模拟

将等离子体融断开关的融蚀模型与国内外普遍２的通用电路分析软件ＰＳＰＩＣＥ相结合进行了具有该种开关的电路的模拟。模拟结果与试验基本相符,但融蚀模型高估了开关的阻抗上升率和断路阻抗。模拟结果表明存在强烈的开关－负载相互作用。本文方法使得对具有等离子体断开关的脉冲功率系统的初步设计和对开关非线性电路特性及民负载或与系统相互作用的分析变得相当简便、灵活而有效     

Mercurial switching [Microwave Bytes]

On an interest scale of one to ten, I suspect electrical relays would barely score a one for most radio frequency (RF) designers. The relay in electrical language is an electromagnetically controlled switch and, as such, has little direct use for the average microwave engineer, and, indeed, some may not even be familiar with the term. But it turns out that I have had some experiences with certain types of relays that did actually once get me quite excited. Basically, a relay is a switch that can easily handle many amps and hundreds of volts, and that can be actuated by a control current that flows in an electromagnet. The control current is thus completely isolated from the circuit containing the main switch. Until maybe the late 1960s, most telephone exchanges were almost totally dependent on this device, along with a more extroverted cousin, the uniselector. But trouble lay ahead in the form of the transistor.     

采用有限元法分析电网谐波对断路器动作特性的影响

断路器是在电力系统中起保护和控制作用的关键部件，其可靠性直接影响整个电力系统的安全运行。以往人们推测电网谐波可能是造成开关电器误动作的主要原因之一，建立了断路器受电网谐波影响的热路数学模型，采用瞬态热路法计算并分析了电网谐波对断路器动作特性的影响，但分析误差较大。文中提出了基于电网谐波的断路器瞬态热场数学模型，采用Ansys有限元分析软件对其进行计算与分析，试验结果表明了该模型的有效性。文中的研究结论对智能断路器产品的开发和研制具有一定的指导作用。     

基于Sepic无桥有源功率因数校正变换器研究

采用无桥技术取代了传统功率因数开关校正(PFC)电路前端的整流桥,构建了一种新型的无桥Sepic-PFC电路.在开关开通过程中,输入电流仅流过一个二极管,有效地减小了导通过程中能量的消耗.电路工作在电流断续模态,减小了输入电路的电磁干扰,同时使得开关管软启动和二极管零电流关断,减小了开关管的导通损耗和二极管的反向恢复损...     

开关磁阻电机驱动系统场路直接耦合的数学模型

通过提出开关磁阻电机驱动系统（SRD）的电压源等效电路,并引入开关函数来反映各控制参数的影响,解决了开关磁阻电机磁场所满足的泊松方程和驱动系统电网络方程之间的耦合问题,建立了SRD系统场路直接耦合数学模型。该文所建模型已成功运用于四相SRD系统的多相运行研究,计算结果与试验结果基本吻合,为SRD一体化研究奠定了基础。     

三相有源电力滤波器控制方法的研究

基于单周控制的三相有源电力滤波器(APF)虽不需谐波检测电路,电路相对简单,但只能同时补偿谐波和无功电流,且要求电源电压无畸变,故有局限性。为此将ip-iq谐波检测法和单周控制方法相结合,利用ip-iq法检测负载电流的谐波和无功分量,以单周控制作为电流跟踪控制方式,推出单周控制方程,基于此的建模和仿真研究结果表明:APF可灵活地补偿非线性负载的谐波和无功电流,且补偿效果良好,有一定可行性。     

滞环电流模式控制uk变换器的非线性现象研究

根据滑模变结构系统的原理,对滞环电流模式控制?uk 变换器的运行状态进行了研究。推导出在切换面上的等效控制,并导出了切换面上滑模运动的状态方程,以此状态方程为基础,可由特征值法来判断平衡点的稳定性。由特征值的数值计算结果证明,当参考电流增加时平衡点的失稳过程是超临界霍普分叉过程,各电路参数对参考电流的分叉点有重要影响。此外,数值仿真和电路实验均表明,滞环电流模式控制 ?uk 变换器的动态行为十分复杂,除周期态和极限环外,还可能产生准周期和混沌状态。这研究方法还可以推广到其它滑模控制非线性系统的研究中去。     

Y/Δ接线电力变压器内部异常励磁电流辨识

本文针对Y/Δ接线电力变压器,基于时域场路耦合模型提出一种励磁电流参数辨识方法。建立磁场-电路耦合模型,基于能量扰动原理计算动态电感与时域电流两个状态变量,在此基础上利用端口电气信息研究变压器励磁电流参数的辨识方法。通过研究交直流混杂、匝间短路情况下的变压器电磁特性,结合变压器励磁饱和状态,总结励磁电流在不同异常状态下的变化规律。搭建220V三相组式变压器动模实验平台,在不同直流扰动、不同电压等级匝间短路条件下,利用励磁参数辨识模块辨识励磁电流,并将仿真结果与实验数据进行对比,验证仿真模型的正确性。     

可直接分析与计算的变压器等效电路模型

针对电网中不同电压等级网络间分析和计算方法复杂,不能进行直接分析与计算的问题,依据电路的网络理论,提出了一种含理想运算放大器的变压器等效电路,采用理想运算放大器实现受控源的方式,建立了变压器工程化模型电路,并对电路的网络方程进行了理论推导和电路的模型进行了仿真.仿真结果表明,该工程化模型不但能模拟等效变压器电路,而且电路方程也满足变压器的网络方程,从而在含有变压器的电网中实现了不同电压等级网络间的直接仿真分析与模拟计算.