基于可靠性的无二次谐振回路牵引变流器电容优化设计

为保证电容器稳健可靠运行,文章以“复兴号”动车组牵引变流器为研究对象,对无二次谐振回路（简称“无二次回路”）牵引变流器的支撑电容器的基本设计思路进行了阐述,搭建了相应仿真模型,并基于该仿真模型提出了一种基于可靠性的无二次回路牵引变流器支撑电容器参数优化设计方法。其选取由制造、测量等因素引起的电容器容值偏差、网压存在的随机波动作为不确定性来源,以无二次回路牵引变流器中间电压的纹波系数作为约束函数,实现支撑电容器的参数优化设计,得到了更为稳健的电容器设计值,进一步保证了牵引系统的稳健可靠运行。最后,利用该电容器参数可靠性优化结果进行无二次回路牵引变流器设计及试验验证,结果显示,变流器中间电压波动在±5%以内,体积缩小了28.4%,重量减轻了28%,试验验证了该电容设计方法的有效性以及无二次回路牵引变流器的体积、质量优势。     

什么是电容器的ESR

ESR是英文等效串联电阻的缩写。它指的是实际的电容器相当于理想的电容器上串联了一个电阻。由于电容器有ESR,则在充放电过程中会产生一定的损耗,对于充放电频率高的电路则损耗更大。例如高频电路、开关电源电路,在工作过程中,     

基于高斯过程的变压器绕组微小变形监测

变压器绕组变形会导致电流过大损坏电气设备,甚至会造成严重的人身安全事故,为此提出基于高斯过程的变压器绕组微小变形监测方法.基于高斯过程提取多次观测变压器绕组经验值,经过多次查看资料统计结果获取误差,清除影响监测结果的奇异值,实现变形监测预处理.利用伏安法将变压器二次侧短接,其中一次侧施加测试电压,生成流经阻抗电流,测试施加于阻抗上的电压和电流,分析变压器短路的阻抗.引入参数辨识法,估算变压器绕组的漏电感参数,把监测辨识参数和变压器出厂时的参数进行对比,当参数值发生偏离较小时,即可认为变压器发生微小变形.通过实验验证,所提监测方法得出三相绕组的一次侧等值电阻以及漏电感存在一定的波动,不过变化的幅度不大,证明上述方法可以实现对变压器绕组微小变形的有效监测.     

基于SABER的PWM整流器滞环控制仿真

交直交传动的核心部件就是牵引变流器,它主要分为网侧变流器和电机侧逆变器。单相电压型脉冲整流器是牵引传动系统的一个重要组成环节。该文简要介绍了单相电压型脉冲整流器的工作原理,利用SABER仿真软件的MAST语言编写了单相电压型脉冲整流器的控制程序,采用滞环电流控制的控制策略,产生脉冲整流器的PWM控制信号。根据供电电网电压及中间直流回路电压给定,对主电路的元件参数进行了选择和优化。仿真结果表明,滞环电流控制算法简单,直流侧电压脉动小,交流侧电流和电源电压同相位,功率因数接近于1。     

基于遗传算法的锂离子电池等效电路参数识别

结合锂离子电池双极性等效电路模型提出了一种基于遗传算法的参数识别方法,该方法通过指数函数对电路模型中的电阻、电容、恒压源等元件进行有理逼近,根据电池在不同充放电速率下的输出电压特性数据,通过实数编码遗传算法得到最优的函数参数,从而得到最优的电阻、电容,开路电压等电路参数值,针对电池在不同的工作状态,不同的工作参数下的运行数据,系列仿真和实验结果表明该算法原理简明,收敛较快,辨识得到的最优模型其电压输出特性与电池的实际电压输出特性基本吻合,能较精确的反映电池的实际特性,具有较高的辨识精度。     

城市轨道交通牵引供电系统双向变流器直流侧短路保护方案

采用双向变流器进行城市轨道交通牵引供电时,传统PWM整流器无法满足提供27 kA、持续120 ms的短路电流的直流馈线保护要求.为此,文章提出了一种直流侧短路保护方法,其可在接触网侧短路工况下实现故障点的有效隔离,同时不影响双向变流器供电.文章构建了基于晶闸管旁路的双向变流器拓扑,设计了短路旁路参数和短路电流分布参数,...     

基于Stateflow电力机车变流器控制设计与实现

某出口型号交流电力机车牵引控制系统要求变流器控制逻辑具备接触器控制、牵引系统数据交互、变流器故障保护、变流器启动自检等功能。针对以上功能,基于MATLAB中的Simulink/Stateflow可视化编程工具进行牵引控制模型的搭建,遵循模块化编程理念,采用较少的程序代码编写实现复杂的逻辑控制模型,生成逻辑清晰的控制功能流程图,进行半实物仿真测试,增强控制模型的可靠性。通过该变流器产品型式试验检验,验证变流器控制逻辑的功能可以满足控制系统的需求。     

牵引变流器内循环系统流场优化设计

牵引变流器功率器件处于密闭空间内,其电容器、母排及电缆等部件的发热量需通过内循环系统进行消散。文章以某车辆牵引变流器为研究对象,通过建立该变流器内循环系统的三维仿真模型,采用标准k-ε湍流模型,对内循环散热系统进行结构布局和风量优化,得到了其内循环散热系统最优结构布局和冷却风机风量,并通过变流器温升试验验证了其内循环散热系统的可用性和可靠性。     

柴电混合动力机车能量最优控制研究

柴电混合动力机车牵引蓄电池的双向DC/DC回路被集成于牵引变流器中,以解决柴油机车制动能量浪费和蓄电池机车牵引功率低、续航里程短等问题.为实现柴油发电机和牵引蓄电池能量的合理利用,文章提出一种柴电混合动力机车能量最优控制方案.在牵引工况下,其根据牵引电机和辅助负载的需求功率以及牵引蓄电池当前允许输出的功率,控制柴油发电...     

测量误差对输电线路交流电阻辨识的影响分析

为分析和判断测量误差对输电线路参数辨识结果准确性的影响,论文基于集中参数π型等值电路的输电线路参数辨识模型,通过建立灵敏度方程,分析了电气量测量回路整体测量误差对输电线路交流电阻参数辨识准确性的影响.基于实测的电气量数据,利用灵敏度分析方法,对电压幅值变化造成的输电线路交流电阻辨识不同结果进行了仿真分析.研究结果为输电线路在线参数辨识的准确性和可用性提供了评判依据.     

聚丙烯电容器

低等效串联电阻ESR,低损耗系数DF以及高可靠性,使得它们用在开关电源中比电解电容器优越。 新型塑料电容器介质,特别是聚丙烯,用在开关电源频率(20到60KHz)时,比电解电容器介质有着更高的效率和可靠性。聚丙烯介质电容器的高效率,使我们可以采用比电解介质电容更低的电容量。聚丙烯电容的有效电容量,在高频测量时,比相同额定值的电解电容高。而且在滤波电路中,聚丙烯有很低的等效串联电阻(ESR)值。 虽然塑料介质电容一般都具有低损耗系数,但在这里,聚丙烯电容是最低的一种,它比聚磺酸的,聚碳酸酯的,聚酯的甚至是聚苯乙烯的电容还要低。     

一种新型三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法

针对三相电压型PWM整流器启动瞬间产生较大的冲击电流,致使系统稳定性、可靠性降低的问题,在整流器前端加入预充电电路,对预充电电路软启动过程和整流器启动过流的原因进行了详细分析,再对2种无预充电电路的母线电压缓给定方法和2种预充电电路结合母线电压缓给定方法抑制启动冲击电流的作用机理进行了对比分析,最终提出了预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制的最优抑制方法,最后通过搭建4种母线电压缓给定方法的仿真模型和30 kW整流器实验样机进行了验证。结果表明,采用预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制启动的整流器有效地抑制了冲击电流,网侧电流启动无过冲现象,直流侧母线电压无超调。     

模块化多电平逆变器预充电控制策略

针对矿井提升机运行特点,采用由模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器构成的背靠背模块化多电平变流器用于矿井提升机控制;针对目前通过直流侧对模块化多电平逆变器进行预充电的控制研究较少的问题,提出了一种模块化多电平逆变器预充电控制策略。该控制策略通过控制充电电流来控制子模块充电状态,使子模块电容充电至模块化多电平变流器稳定运行时的电压要求,同时将充电电流和充电过程中产生的过电压限定在安全范围内,使充电时间最短。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

牵引变流器优化控制仿真研究

在电力机车牵引变流器优化控制的研究中,动车组牵引变流器是动车组完成电能转换和传递的关键部件,性能好坏直接关系到动车组能否安全可靠运行。针对CRH2A型牵引变流器输出电压变化率大、谐波含量高等问题,对多电平技术在牵引变流器中的应用进行了研究。首先分析了二极管箝位型五电平变流器(DCMLC)和模块化五电平变流器(M2LC)的工作原理及控制策略,分别构建了牵引变流器的优化模型;并根据CRH2A型牵引变流器主电路实际设计参数应用Matlab仿真软件对五电平DCMLC和M2LC分别进行了建模和仿真,比较和分析了牵引变流器中不同逆变器电路拓扑结构及其对应的控制策略对系统输入输出性能的影响。仿真结果初步验证了两种优化模型对CRH2A型牵引变流器性能的改善效果。     

超级电容器ESR的测试方法研究

等效串联内阻(ESR)是超级电容器的主要电气参数之一,是影响超级电容性能的一个重要因素,准确测量ESR对研究超级电容器的特性和应用具有重要意义.测量ESR的主要方法有利用放电电压的跃变计算ESR、恒流充电法和时间常数法.本研究在对超级电容器等效模型进行分析和简化的基础上,利用超级电容器RC滤波电路的电压纹波计算出ESR,经过仿真比较,该方法方便准确.     

变频器直流侧电解电容ESR的在线测量与预测

为了估计变频器直流侧电解电容器的剩余寿命,需要测量其等效串联电阻ESR值。提出一种实时测量与预测ESR值的方法,首先将在线采集到的直流侧电压和电流信号传送到上位机的Matlab软件;然后在Simulink环境下分别采用时域法、频域法得到电容器ESR计算值,经数据融合处理后作为ESR实际值;最后进一步利用Matlab中最小二乘支持向量机LSSVM工具箱,对ESR未来值进行预测。预测结果与实际值比较,误差小且预测时间充足,验证了该方法的正确性与有效性。     

开关电源功率器件MOSFET参数辨识的研究

功率器件MOSFET作为开关电源主电路的一个重要组成部分,其可靠性备受关注。研究表明,在开关电源电路元器件失效率统计中,MOSFET失效率达31%。而MOSFET失效主要表现为导通电阻参数漂移,为了对MOSFET导通电阻参数进行在线辨识,以Buck电路为例,基于混杂系统理论构建Buck电路混杂系统模型,采用递推最小二乘法对模型中MOSFET导通电阻参数进行辨识,并在Simulink环境下进行仿真实验。实验结果表明,该方法对MOSFET导通电阻进行了有效的在线辨识,辨识相对误差小于5%,为MOSFET参数性故障的分析提供了理论依据和方法。     

基于铭牌信息的异步电机等效电路参数辨识方法

提出了一种新的基于铭牌的异步电机等效电路参数辨识方法.通过引入杂散损耗等效电阻,建立了包含杂散损耗的电机等效电路;在用等效电路计算电机参数的基础上,结合电机的铭牌参数建立了电机等效电路参数辨识优化模型.实验中,采用粒子群优化(PSO)算法对模型求解,并确定了有效的寻优范围;实验结果表明本文所提出的方法有效地辨识出了电机等效电路参数.     

检测电压对一种新型谐振式微加速度计的影响

静电作用在在平行板电容器上会产生等效静电负刚度,介绍了基于静电刚度的谐振式微加速度计设计原理,建立了其动力学模型.根据检测电压的约束条件,求解了其可行范围.同时分析了检测电压对系统灵敏度、可靠性和量程及输出电压的影响.分析结果表明:检测电压越大,灵敏度越大,但可靠性和量程会相应减少,反之亦然;直流检测电压的存在使得输出电压不受检测电容并行的寄生电容影响.理论分析结果为谐振式微传感器的系统设计提供了重要依据.     

交流传动系统网侧电流信号异常实时诊断与容错控制

目前,交流传动机车在现场运用中经常出现因网侧电流信号异常而误报牵引系统网侧接地故障的现象,其会致使机车执行保护动作甚至导致机破。为解决此问题,文章提出一种基于多工况非线性模型的网侧电流信号异常实时诊断方法。首先,其基于系统机理和工程设计经验,提取与网侧电流强相关的变量,建立网侧电流的多工况非线性估计模型;其次,基于牵引传动系统两个互为冗余的网侧电流信号并结合网侧电流估计值,设计残差及检测统计量,并结合CUSUM算法实现针对两路网侧电流信号异常的有效故障检测与决策;最后,根据故障决策结果采用不同的容错控制策略,保证系统正常的控制与保护功能。现场数据测试结果表明,该算法在异常发生0.3 s后,实现了网侧异常的及时检测与精准定位,规避了现场因网侧信号异常导致的故障影响。