一种新型滤波用直流电抗器的原理与设计

普通的直流电抗器体积和重量较大,严重制约着开关电源的小型化,并且线圈中所通过的电流是单方向的直流电流,随着线圈电流的增加,铁心的磁通密度逐渐趋向饱和,如果在磁路上加一个直流偏置,就会减小磁路上总的磁势,降低铁心中磁通密度的饱和程度。阐述了永磁偏置直流电抗器的工作原理,对该电抗器的磁路进行了线性解析与设计,并通过实验进行了验证。     

铁心电感电路零直流电流定理

铁心非线性电感电路电流不含非零直流分量定理是电工学克希霍夫定律的均值表现形式。本文从物理根源上揭示,即使铁心磁化曲线对称性因直流偏置而被破坏,电流直流分量也一定会在暂态过程中趋近于零。本文提供例算和实拍波形作为佐证,并在结论中强调了定理的实用价值。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

直流偏磁条件下电力变压器铁心B-H曲线及非对称励磁电流

基于变压器铁心的直流偏磁特性提出了一种有效获取大型电力变压器直流偏磁条件下绕组励磁电流的方法.首先在按与实际产品1/50比例制作的产品级模型上通过试验研究建立了处于不同直流偏磁水平铁心的磁通一激励电流(φ-I)曲线族,(B-H日)曲线族;其次通过仿真计算考虑了偏置磁通对这些曲线的影响;最后提出了适合变压器工程应用的直流偏磁条件下非对称励磁电流的计算方法.实际测量数据与仿真计算结果的比较表明文中提出的方法是正确的.     

温度及直流偏磁对换流变压器铁心磁性能及磁场问题影响的研究

测量了30ZH120电工钢片在不同直流偏磁及温度条件下磁特性,经过迭代计算得到了考虑偏置磁通后的B-H曲线。基于一台产品级750kV换流变压器(哈密-郑州特高压直流输变电工程),仿真计算了不同直流偏磁及温度条件下换流变压器磁场分布和空载电流,结果表明:直流偏磁和工作温度影响电工钢片和换流变压器铁心线性区和非线性区,随着温度及直流偏磁的增加,换流变压器铁心磁通密度和空载电流增加,因此,在设计中应该考虑温度及直流偏磁的影响。     

三相无隔离并网逆变器差模直流分量抑制

近年来分布式并网发电受到越来越多关注,抑制直流分量注入电网是并网系统必须解决的首要问题,直流分量可分为共模直流分量和差模直流分量。通常使用工频变压器实现直流分量隔离,然而变压器增加了系统的成本、体积和损耗,在无隔离并网系统中,理论上逆变器通过精确地控制可以使输出电流差模直流分量为零。实际上由于闭环系统中测量误差(包括模数转换误差、传感器测量误差)等原因,逆变器输出电流中包含差模直流分量。本文通过与基于瞬时无功功率理论的谐波检测抑制差模直流分量的方法对比,提出了采用滑动平均滤波器来检测输出电流中差模的直流分量,然后将其反馈到系统中进行闭环控制,从而使得差模直流分量达到允许的范围。搭建了40 kW的仿真和实验平台,证明了该方法的有效性。     

基于直流偏磁实验的叠片铁心磁化特性分析

铁心中直流磁通的预测是研究变压器直流偏磁问题的关键.本文提出基于损耗函数的改进迭代法,在考虑磁滞效应的同时对基本磁化曲线进行修正,计算叠片铁心内的直流磁通.通过比较励磁电流的测量值与计算值,验证了该方法的有效性和正确性.获得了直流偏磁条件下叠片铁心的磁滞回线和基本磁化曲线,对有无直流偏磁条件下的基本磁化曲线进行了比较....     

盘式无铁心无刷直流电机控制系统仿真研究

针对无刷直流电机转矩脉动产生的原因,验证无铁心无刷直流电机在抑制转矩脉动上的优势,考虑盘式无铁心无刷直流电动机小电感的特点,提出一种基于降压斩波电路(Buck Chopper)的新型控制方式.给出了控制系统的整体方案,并在Simulink中进行了仿真,仿真结果表明,使用Buck斩波电路控制的盘式无铁心无刷直流电动机转矩脉动小,控制性能良好.     

基于谐波平衡法的变压器直流偏磁电路-磁路频域耦合模型

基于叠片铁心与单相三柱变压器进行直流偏磁实验。依据直流偏磁条件下电路与磁路的稳态特征,将谐波平衡法引入到不同结构的变压器电路-磁路耦合模型。基于各电磁变量的谐波向量,建立以绕组励磁电流和铁心内磁通为未知量的谐波平衡方程,通过铁心非线性磁阻的迭代实现方程在频域内的求解。测量结果与计算结果相吻合,验证了本文提出的频域计算方法的有效性。依据谐波向量的计算结果,分析了直流偏磁对变压器励磁电流和铁心磁通的影响规律。     

共模扼流圈饱和效应分析及动态电感计算

研究了差模电流激励下的共模扼流圈磁饱和效应.建立了共模扼流圈的有限元分析模型.共模扼流圈三维磁场分布的仿真计算结果显示,磁芯中差模电流激励的磁通并没有完全抵消,仍有少量漏磁存在.这些漏磁增加了磁芯的磁通密度,并导致磁芯部分饱和.为得到共模扼流圈在磁芯部分饱和情况下的共模电感值,借助有限元数值分析,给出了求取共模扼流圈动态电感的计算方法.最后设计了测量差模电流激励下共模扼流圈动态饱和电感的实验,仿真计算与实验测量结果吻合较好,表明所提出的共模扼流圈动态电感的计算方法是有效的.     

Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感.实验结果验证了理论分析的正确性.     

一种双相结构的同步Buck DC/DC变换器

指出了同步降压型直流-直流变换器从拓扑结构上实现软开关技术优点与在大功率场合下电流纹波大的特点,结合电感磁耦合技术将其扩展为双相结构的同步Buck型DC/DC变换器,分析了电感输出电流纹波减小的原理,并对不同负载下电路的工作特点进行了分析,采用可变频率的脉冲宽度调制控制方式以达到不同输出功率时的效率,试制了一台2kW的同步Buck DC/DC变换器样机,并给出了实验结果。变换器采用DSP芯片TMS320F2808作为控制管理芯片,通过积分分离数字PID算法改变控制量,具有较优异的动态性能,在蓄电池维护领域得到较好的应用。     

一种基于离散观测器的DC/DC变换器参数在线辨识方法

针对功率变换器参数在线辨识问题,提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法,进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样离散化的混杂系统的参数辨识。为将提出的观测器应用到DC/DC变换器参数辨识中,以Buck变换器为例给出了DC/DC变换器离散模型的建立方法。在此基础上,设计了用于Buck变换器主电路参数辨识的离散观测器。观测器根据电感电流、输出电压以及控制器输出即可对滤波电感及其等效串联电阻、滤波电容及其等效串联电阻、负载等效电阻等多个参数进行在线辨识。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

一种新颖的软开关双向DC/DC变换器

提出了一种新颖的双向DC/DC变换器,降压时采用移相控制ZVZCS-PWM全桥功率变换,控制简单,效率较高,升压时采用带变压器隔离的Boost变换器,利用Boost变换器与推挽变换器的级联,通过一种控制策略,去掉冗余元件,得到一种新颖的升压电路拓扑.这种升压变换器通过Boost和隔离变压器的两级升压,适合应用在初、次级电压等级相差较大的场合.升压时,通过引入耦合电感能量反馈辅助电路,实现所有开关管的软开关.重点分析了双向DC/DC变换器升压时的工作过程,并研制出一台实验样机,实验结果与理论分析一致.     

Hybrid DC–DC converter with high efficiency,wide ZVS range,and less output inductance

In this paper, a new soft switching direct current (DC)–DC converter with low circulating current, wide zero voltage switching range, and reduced output inductor is presented for electric vehicle or plug‐in hybrid electric vehicle battery charger application. The proposed high‐frequency link DC–DC converter includes two resonant circuits and one full‐bridge phase‐shift pulse‐width modulation circuit with shared power switches in leading and lagging legs. Series resonant converters are operated at fixed switching frequency to extend the zero voltage switching range of power switches. Passive snubber circuit using one clamp capacitor and two rectifier diodes at the secondary side is adopted to reduce the primary current of full‐bridge converter to zero during the freewheeling interval. Hence, the circulating current on the primary side is eliminated in the proposed converter. In the same time, the voltage across the output inductor is also decreased so that the output inductance can be reduced compared with the output inductance in conventional full‐bridge converter. Finally, experiments are presented for a 1.33‐kW prototype circuit converting 380 V input to an output voltage of 300–420 V/3.5 A for battery charger applications. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

新型ZVS软开关直流变换器的研究

综述了几种新型的零电压(ZVS)DC/DC变换器,并分析了变换器的优缺点,研究了一种新型MOSFET作为开关器件的三电平ZVS变换器,并分析了这种变换器一个周期的工作状态。该变换器用耦合电感代替常规电感,耦合电感通过变压器反射到原边,使变换器在零状态时的环流减小到零,实现了外管零电压开通,内管零电流关断。由于不存在一次侧环流,减小了通态损耗。     

基于磁放大技术的新型正激-反激型直流变换器

利用与正激变换器输出滤波电感耦合的绕组,构成了工作在反激模式的多路独立输出,采用磁放大的“时间分配”后级调整控制,结合主输出PWM反馈控制,实现主、附输出的独立控制。该变换器兼具正激变换器高效率、反激变换器低成本和磁放大后级调整的特点,具有简结构、低成本、高交叉调整率、高效率等优点,同时引申出“Buck类——反激式”一族适于各路输出功率差别较大应用场合的直流变换器。文中详细阐述了其工作原理、特性以及磁放大器优化设计,一台132W两路输出实验样机验证了试验结果。     

新型ZVS软开关直流变换器的研究

介绍了几种新型零电压(ZVS)DC/DC变换器,分析了它们的优缺点,研究了一种新型MOSFET作为开关器件的三电平ZVS变换器,并分析了这种变换器一个周期的工作状态.该变换器用耦合电感代替常规电感,耦合电感通过变压器反射到原边,使变换器在零状态时的环流减小到零,实现了外管零电压开通,内管零电流关断.由于不存在一次侧环流,减小了通态损耗.     

基于R-S-T控制的复合电源双向DC/DC变换器设计

为了提高复合电源双向DC/DC变换器工作过程中的动态特性,提出一种用于三通道交错并联双向Buck/Boost变换器的R-S-T控制策略。分析该变换器在Buck/Boost模态下工作过程,建立了交流小信号模型并得出控制变量到状态变量的传递函数,在此基础上设计了双向DC/DC变换器的R-S-T控制系统。相较于传统的PI控制,R-S-T控制策略具有更好的动态和稳态响应特性,最后运用Matlab/Simulink软件对该变换器系统进行仿真。结果表明,基于R-S-T控制的复合电源双向DC/DC变换器具有响应速度更快,超调量更小,鲁棒性更强的特点。