交错并联变换器中无气隙集成磁件耦合度研究

集成磁件的耦合度影响着交错变换器的稳态和瞬态性能。论文提出了可以改变耦合度的平面集成磁件．分析了磁芯在没有气隙的情况下改变电感耦合度的原理,给出了耦合电感耦合度和磁芯设计的数学表达式。利用磁场仿真分析软件比较了不开气隙集成磁件和传统集成磁件的电感量、耦合度和绕组损耗,结果表明不开气隙集成磁件比传统集成磁件具有诸多优点。...     

无气隙可改变耦合度阵列式集成磁件在交错并联变换器中的应用

交错并联变换器动态和稳态特性与集成磁件的耦合系数大小有关.本文提出一种耦合度可改变的阵列式集成磁件,分析了在消除气隙的情况下可改变耦合电感耦合度的原理,给出了耦合度计算公式及集成磁件设计公式.利用有限元分析软件分析比较了阵列式集成磁件与传统磁心开气隙集成磁件的电感量、绕组损耗和磁心热损耗,结果表明阵列式集成磁件与传统磁心开气隙集成磁件相比具有诸多优点.样机实验表明,交错并联变换器动静态响应较好.     

三相“UⅢ”形无气隙可变耦合度耦合电感研究

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求、降低磁件对其他元器件的电磁干扰,本文提出了一种适用于三相交错并联磁耦合变换器的"UⅢ"形并且可以改变耦合度的无气隙耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关磁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"UⅢ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。     

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。     

一种新型单元耦合阵列化可变耦合度集成磁件的研究及应用

集成电感的研究对开关变换器实现小型化、轻量化具有重要意义,而且对变换器稳态和动态特性有显著改善,传统整体磁芯集成磁件存在设计复杂、成本较高、局部温升较高导致变换器损耗增加和效率降低等不足,该文通过对传统整体磁件进行等体分割,分析其磁路等效原理,提出一种单元耦合结构阵列式。分析了电感集成原理,给出了阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析给出了自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过耦合度范围对比,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。建立了集成磁件仿真模型,仿真结果表明采用阵列式磁芯结构的集成耦合电感的两相电压调理模块(voltage regulating module,VRM)相比传统集成耦合电感具有更好的稳态特性和动态特性。设计耦合电感实验样机分别应用于两相交错并联双向DC-DC变换器和四相VRM,实验结果和仿真一致,证明了所提出的阵列式集成电感不仅具有实用性,而且比传统整体磁芯结构耦合电感具有更好的特性。     

新型磁集成组合式CUK变换器

提出了一种磁集成组合式CUK变换器。该组合变换器由两个基本CUK变换器组合而成,同时将变换器中的3个电感进行了磁集成。通过对组合变换器进行模态及工作性能分析,得到组合变换器的电压增益是基本CUK变换器的2倍,电感磁集成后,电感电流纹波显著降低。分析给出了减小电流纹波磁集成电感耦合度设计准则。仿真和实验验证了理论分析的正确性,磁集成组合式CUK变换器可以应用于光伏、燃料电池等发电系统。     

交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性分析

为了提高本质安全电源的电气性能(大功率,低输出电压纹波),本文将交错并联磁集成理论应用到Boost变换器中,提出等效电气电感和等效本安电感的概念,通过增大电气电感和减小本安电感使变换器在满足内部本质安全特性的前提下提高电气性能,以两相交错并联磁集成Boost变换器为例进行研究,分析该变换器的内部本质安全特性,得出交错并联磁集成Boost变换器内部本质安全判据,并与传统单通道Boost变换器在满足内部本安特性下进行对比,提高了交错并联磁集成Boost变换器的电气性能,最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性.     

一种新型磁耦合高频交错型双向直流变换器

传统交错并联磁集成理论普遍存在多相耦合不平衡、耦合电感高频非对称化,以及随着工作相数增加、耦合度降低、高频不稳定等问题。基于柔性拓扑理论及电感复用原则,提出一种新颖的电感逐相首尾次序耦合的磁集成理论,通过将各相电感首尾次序相连、逐相耦合设计,构建出新型高频磁集成6相交错型双向DC/DC变换器,并推演出多相电感首尾次序逐相耦合的设计准则,提出一种单元耦合电感磁芯及其多自由度拓展的概念,设计出6相高频化阵列集成磁件。最后,设计耦合电感器样机及变换器进行了实验验证。     

两相“IHHI”形耦合电感的设计与应用

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求,降低耦合电感对其它元器件的电磁干扰,降低电感加工难度和材料成本,提高电感效率,提出了一种适用于两相交错并联磁耦合变换器的"IHHI"形耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关铁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"IHHI"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。将"IHHI"形耦合电感用于交错并联磁集成双向DC/DC变换器,具有输出电压纹波小、电感电流波形平滑、毛刺少、开关管开通和关断时的电流尖峰小、效率高等优点。     

三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性

为了解决传统矿用本质安全开关变换器存在电气性能指标(如大功率,低输出电压纹波,高效率)要求大电感、大电容与本质安全(本安)特性要求小电感、小电容的矛盾,本文将交错并联磁集成理论应用到传统单通道Boost变换器中,提出等效电气电感和等效本安电感的概念,通过增大等效电气电感和减小等效本安电感使变换器能同时满足电气性能和本安性能的要求,并在此基础上分析了三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本安特性,得出该变换器的内部本安判据。与传统单通道Boost变换器以及三相交错并联Boost变换器相比,三相交错并联磁集成Boost变换器在电气性能和本安性能上均有显著的提高,通过实验表明了理论分析的正确性。     

多级电磁感应线圈炮的级间耦合特性

多级电磁感应线圈炮在发射过程中,前面各级驱动线圈放电产生的磁场和电枢自身感应电流产生的磁场都会耦合进入下一级驱动线圈,对驱动线圈的加速性能产生影响。基于多级感应线圈炮等效电路模型,建立了带有续流二极管的多级感应线圈炮数学模型,得到了其推力方程和运动方程。基于电磁感应定律,分析了2种耦合因素作用时下一级驱动线圈中感应电动势和感应电流的变化。基于场路耦合,对多级感应线圈炮进行了仿真,得到了不同情况下的耦合特性。研究结果表明:多级线圈发射中存在耦合效应;根据耦合磁通的不同,后面各级驱动线圈上会产生正向或反向串联的电动势;正向串联电动势有利于线圈炮的加速。     

应用于多相电压调节器的单元耦合与矩阵组合的阵列式集成电感

集成电感对多相电压调节模块(VRM)稳态和动态特性有重要影响,合理的耦合度可以提高VRM的输出动态响应,并能够降低每一通道的稳态纹波。提出一种利用小电感单元进行矩阵组合的阵列式集成电感,分析电感集成原理,给出阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过电路方程推导了多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。耦合度范围对比表明,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。利用设计准则设计四相阵列式集成电感,实验样机测试结果验证了设计准则的正确性。将实验样机应用于四相VRM,实验结果表明应用阵列式集成电感的VRM具有良好的稳态和动态特性,证明了所提出的阵列式集成电感具有实用性。     

高压输电线路在线监测设备无线供电磁耦合机构优化

对高压输电线路进行实时精准的在线监测是保障电网稳定运行的有效手段。磁耦合共振无线供电为解决在线监测设备供电困难的问题提供了一种可行方案,但传统磁耦合共振系统耦合程度弱,传输效率对传输距离变化敏感,总体性能欠佳。基于电路模型分析了耦合线圈互感对传输效率的影响,提出了考虑线圈与磁芯耦合影响关系的联合优化方案从而提升传输性能。仿真和实验结果验证了在同轴间距、水平和角度偏移变化时的系统效率提升。为提升磁耦合系统传输效率和距离提供了一种有效方案。     

磁耦合谐振三线圈无线电能传输的交叉耦合效应及电抗补偿

在具有中继线圈的磁谐振耦合无线电能传输系统中,非相邻线圈的交叉耦合有可能对系统的工作状态产生扰动,这通常导致系统传输功率和效率的降低。针对单中继线圈的无线电能传输系统,从其等效电路归一化模型入手,详细分析发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合对各回路电流和系统传输功率、效率的影响。给出了交叉耦合效应是否可忽略的判定条件,并提出了一种简便的在各回路中通过附加串联电抗以补偿三线圈(发射—中继—接收)无线电能传输系统交叉耦合效应的方法,通过数值仿真计算和实验证明了该方法的可行性。     

考虑交叉耦合时电动汽车用内置式永磁同步电机交直轴电感计算

内置式永磁同步电机(IPMSM)以高转矩电流比、更宽的调速区间、高功率密度、高效率等优点在电动汽车领域应用广泛。电动汽车用IPMSM磁路结构复杂,饱和程度高,造成交直轴磁路的交叉耦合,使得交直轴之间产生互感。对交叉耦合现象进行了磁路分析,阐述了其对磁链和电感参数的影响。采用冻结磁导率法(FPM)和有限元法(FEM)对交直轴电感进行计算,并对电感参数随电流变化情况进行了定量分析。对比2种计算方法得出的交直轴电感参数,发现计算结果吻合较好。最后,对比分析了2种方法计算交直轴电感的优缺点,分析表明以FEM为主FPM为辅计算交直轴电感参数,能保证电感参数的精确度,缩短计算时间。     

四相VRM中无直流偏磁集成磁件

以消除直流偏磁和提高变换器输出性能为目的,提出了应用于四相电压调整模块的立体式集成磁件结构。利用"场"、"路"结合的方法分析了集成磁件消除直流偏磁的原理;推导得到集成磁件等效电路;并给出集成磁件的电磁设计方法。最后通过Saber仿真、3D Maxwell仿真和样机实验,验证了所提耦合磁件结构的可行性及交错并联变换器具有较好的输出性能。     

整体式双层永磁体涡流联轴器的设计与研究

基于对传统单层永磁体涡流联轴器的磁路分析,提出一种新型整体式双层永磁体涡流联轴器。将两层永磁体以N-S对应的形式贴装于中间背铁两侧,构成整体式结构;磁感线穿过中间背铁形成整体式磁路。通过二维层模型的矢量磁位法,建立了整体式双层永磁体涡流联轴器的改进数学模型并获得了其转矩解析解;为验证解析解,构建了该新型涡流联轴器的三维几何模型,采用有限元法仿真分析了其转矩性能。结果表明:所建数学模型较为准确、转矩性能相对较好。因此,该涡流联轴器具有实际应用意义,并对多盘涡流联轴器的转矩计算具有参考作用。     

倍流整流DC-DC变换器近场耦合集成磁件分析

利用磁性元件磁场近场泄漏的耦合,分析其在倍流整流变换器磁集成结构上的应用。采用磁路-电路对偶等效变换获得近场耦合集成磁件的等效电路模型,直观地对两种现有磁集成方案进行统一描述。论文详细分析集成磁件磁心内部的交、直流磁通分布。基于磁件的回转器-电容模型,对不同近场磁阻下电路的工作情况进行深入的讨论。建立48V输入、12V/90W输出的磁集成原理样机,并进行实验验证和性能评估。