电动汽车无线充电系统磁芯结构的设计及优化

针对电动汽车无线充电系统耦合系数小、充电效率偏低的问题,提出一种可提高耦合系数的磁芯设计优化方法。根据相关电路和磁路模型,给出了耦合系数与输出功率和效率的关系,推导了单圆形线圈和DD(double-D)形线圈的耦合系数的磁路表达式,为磁芯结构设计及优化提供依据。给出了一种磁芯结构的设计优化流程,并根据流程提出了单圆形线圈的车轮形优化磁芯结构和DD线圈的凹形优化磁芯结构。三维有限元仿真和实验结果表明:在同样的线圈面积下,优化的磁芯结构对耦合系数有10%~30%的提升。采用优化磁芯结构的无线充电系统,与原充电系统对比,充电效率明显提升。     

一种应用耦合集成磁路的开关变流器优化设计

为进一步优化开关变流器电路拓扑结构、降低电路成本、降低开关变流器次级电路的输出电流和电压纹波,提出了采用互感电路拓扑结构的开关变流器设计新方法,并针对进一步减小变流器磁性器件体积、重量和损耗的问题研究了集成磁技术,即把开关变流器中所有主要磁性器件在结构上用一个磁性器件来实现,经过优化设计,磁芯中的磁通变化量减小,从而降低磁芯损耗,减小磁芯体积.最后通过实验测试证实了改进后变流器所具有的优点.     

基于ICPT技术电动汽车无线充电系统的互感分析

为了满足基于磁感应耦合电能传输(ICPT)技术的电动汽车无线充电系统高效率、低损耗的设计要求,仿真分析了松耦合变压器中磁芯属性、磁芯厚度、线圈匝数、线圈外径与互感的关系。在不降低系统互感的前提下,提出了节省磁芯体积、减少线圈损耗的方法。此外,为了得到更适用于电动汽车无线充电的松耦合变压器模型,利用ANSYS、MATLAB进行了仿真,得出了传输效率高、磁屏蔽效果好、轴偏离对互感影响小的结构模型。     

基于SPICE模型的Buck变换器磁芯损耗仿真分析与实验验证

以Buck变换器为对象,提出了一种基于SPICE仿真策略模拟开关变换器铁氧体的磁芯功率损耗。该方法基于磁芯功率损耗构成分离模型,使用一组正弦激励下的损耗数据作为仿真基准,通过三个模拟行为构建模块体现占空比对磁滞损耗和涡流损耗的影响。该仿真算法可直观地给出Buck变换器磁损随占空比的变化,同时也给出了磁滞损耗分量、涡流损耗分量和磁通密度等关键变量的变化特征。实验表明所提出的磁损仿真结果与实验结果取得了较好的一致性。     

感应牵引电机定子绕组涡流附加损耗分析

高功率密度感应牵引电机具有结构紧凑、磁通饱和度高、工作频率高、单位体积损耗密度大等特点。高工作频率导致定子绕组趋肤效应和邻近效应明显增加,在定子绕组中感应高频涡流附加损耗,引起附加铜耗大大增加。基于感应电机内部谐波磁场理论分析定子绕组涡流附加损耗的来源、计算方法及影响因素,并对一款4极650 kW感应牵引电机进行了详细有限元分析。分析了感应牵引电机定子槽内磁场分布、槽内磁场的各次谐波、谐波幅值与距槽口深度的关系,并计算了槽内导体的涡流附加损耗。计算结果表明槽口附近导体的涡流附加损耗最大,随着距离槽口深度的增加,槽内导体的涡流附加损耗呈明显减小的趋势,通过合理设计定子槽口深度可以有效减小槽口附近导体的涡流附加损耗。     

正激功率变换器的磁集成

正激功率变换器广泛应用于中小功率电源变换场合.磁集成技术有助于降低磁元件绕组电流纹波及器件开关损耗,提高电源效率.通过对磁芯内部磁通有效合成,可减小交流磁通和直流偏磁,降低磁元件体积和重量.这里比较了正激功率变换器中分立磁件、解耦集成磁件和耦合集成磁件,分析各自输出纹波电流与磁路磁阻的关系,建立了100W原理样机,得出...     

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5kW、3000r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。     

电容式电压互感器误差特性的研究

本文对电容式电压互感器的空载误差和负载误差特性进行了研究 ,提出了保证CVT空载误差特性时其变压器的额定磁通密度 (BN)。通过改变CVT中压变压器绕组的布置方式 ,可降低其直流电阻 ,从而改善负载误差特性。提高CVT的额定中间电压是降低其负载误差最有效的措施     

模块化多电平换流器子模块拓扑设计及其控制

根据直流故障电流切断位置不同,首先分析基于交流断路器、直流断路器和模块化多电平换流器子模块拓扑的3种故障抑制技术方案及其特点。然后从切断故障电流角度出发,利用双向可控开关对半桥拓扑进行改进设计以抑制直流故障,并与传统半桥子模块相结合构成混合双子模块拓扑以降低单位电平成本和运行损耗。同时研究在闭锁期间混合双子模块内部电容不均衡充电所导致的电容电压不平衡问题及其应对策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建两端仿真模型,对混合双子模块拓扑直流故障抑制特性及电容电压控制策略进行仿真验证。     

交流电感器的一种可视化设计方法

针对交流电感器设计难以优化的问题,通过对交流电感器各约束条件如电感量、损耗、体积、温升等与电感器结构参数之间的关系进行分析,提出了一种基于四维可视化技术的交流电感器优化设计方法。通过分别优化电感器设计要求的各约束条件,取得最优区域的电感器结构参数求解域,然后在电磁场有限元分析软件中建立该结构参数的仿真模型,对电感量、最大磁通密度和温升等进行了评估;最后根据优化参数绕制了一个交流电感器进行实验。仿真与实验结论表明通过该优化算法,只需通过1次循环计算即可得到满足各约束条件的电感器,可避免磁芯电感器设计的盲目性。     

新磁阀结构磁控电抗器磁损特性研究

分析磁阀式可控电抗器MCR(magnetic-valve controllable reactor)的主要工作原理以及MCR铁心损耗的主要来源,得出在工程上磁滞损耗与涡流损耗的计算公式.在传统磁阀结构的基础上提出了新型磁阀结构,并对传统磁阀结构与新型磁阀结构进行对比分析.通过理论分析可知,新磁阀结构采用圆弧面作为磁场缓...     

无人平台野外无线充电线圈设计与优化分析

野外陆战环境下无人平台进行无线充电时，发射端和接收端耦合线圈的偏移和偏转会导致耦合线圈互感变化较大，为了解决这一问题，需要对无人平台无线充电时使用的耦合线圈进行特殊的结构设计。首先分析野外陆战环境下无线充电的战技指标，为实现螺线管 SP（solenoid pad）型线圈和DD（double-D）型线圈的优势互补，设计满足野外陆战环境无线充电的高适应性的耦合线圈，提出了一种SP-DDP双层组合线圈（double-layer coupling structure with solenoid pad and double-D pad），并对该结构的线圈参数进行优化。仿真及实验结果表明，优化后的线圈能够实现尺寸200 mm×200 mm×7.8 mm的条件下，在传输距离50 mm、X轴方向偏移160 mm、Y轴方向偏移120 mm时互感变化幅度小于20%，提出的线圈结构具备抗偏移、抗偏转特性。     

大型发电机励磁用旋转变换器的开发和应用

旋转变换器属于铁心式无线传能设备。本文提出了从磁路截面优化计算、铜铁比选择、气隙磁密的选择等方面对大功率旋转变换器进行优化设计的方法,并对一台旋转变换器磁路进行了仿真,通过仿真结果与设计值对比进一步调整优化了设计参数。介绍了旋转变换器的结构和制作工艺,其中铁心采用全新的辐射状叠积,能够适应于大功率能量传输。实例应用于一台交流同步发电机,成功替代了碳刷、滑环和直流励磁发电机,且无局部过热,获得了初步试验数据。     

射频功率测量技术及其应用

功率是表征射频信号特性的一个重要参数。近年来随着移动通信技术的迅速发展,准确测量通信系统中发射机与接收机的功率已成为关键技术之一。本文首先介绍利用二极管、等效热功耗、真有效值／直流转换器及对数放大器检测射频功率的4种方法,然后阐述射频功率测量系统的优化设计。所介绍的方法均具有实用价值。     

Design and optimization of hybrid resonant loops for efficient wireless power transfer

Frequency splitting, caused by magnetic overcoupling, is a great challenge in resonant wireless power transfer, which leads to decrease of transfer efficiency. In this paper, to avoid the frequency splitting, a new design of hybrid resonant loops with an inner coil positioned in the transmitter is proposed for efficient power transfer. It is shown to suppress dramatic variation of mutual inductance when the distance between transmitter and receiver decreases. Analytical expressions of the mutual inductance and the transfer efficiency for the proposed resonant wireless power transfer system are calculated. To obtain a relatively uniform mutual inductance with respect to the distance, the proposed resonant loops are optimized. Simulation and experiments are also performed to validate the effectiveness of the proposed resonant loops in eliminating the frequency splitting. The transfer efficiency remains higher than 80% when the transfer distance decreases below a critical value where frequency splitting occurs for conventional resonant loops. Furthermore, lateral and angular misalignments between the resonant loops are also considered and investigated. The results indicate that the proposed resonant loops are also applicable in suppressing the frequency splitting even in case of misalignments.     

谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性

为了研究谐波对变压器铁心等效磁路长度与接缝区域损耗的影响,文中基于完全按照电力变压器的标准设计和制作的叠片铁心模型,在不同谐波激励条件下,对铁心模型的等效磁路长度与接缝区域的损耗特性进行试验研究。研究表明:谐波阶次与谐波相位对铁心的磁路长度影响不是很大,在谐波条件下分析计算铁心的磁滞回环或磁化曲线时,可近似选择铁心的几何平均长度作为有效的磁路长度;不同谐波阶次与不同谐波相位激励下,铁心接缝区域比总损耗特性的变化规律大致相同:当磁通密度小于0.5 T时,接缝区的损耗近似为零;当磁通密度高于1 T时,接缝区的损耗出现明显的上升趋势。文中所用方法和所得结论对变压器产品的电磁分析和优化设计具有一定的指导意义。     

基于LS码的分布式MIMO-CDMA系统研究

研究了基于LS码的分布式MIMO-CDMA系统结构,提出了广义的分布式MIMO系统的信道模型,给出了采用MIMO技术时发射机和接收机的结构.最后以单小区双天线的三基站收发端分布式网络为例,仿真了不同的扩频序列、基站收发端的数目和多天线与系统性能的相互关系.结果表明使用LS码扩频的分布式MIMO-CDMA系统性能比使用Walsh码扩频的MIMO-CDMA系统性能优越,基站收发端或移动台采用多天线时的性能优于单天线.     

基于损耗分析的大容量高频变压器铁芯材料选型方法

铁芯材料的选择对大容量高频变压器的磁拓扑性能具有决定性影响,而损耗特性最为关键。为此,针对高频方波激励,采用改进的Steinmetz公式分析了变压器3种常用磁性材料即铁氧体、纳米晶和非晶材料的损耗特性与频率、磁通密度的关系,并给出了磁性材料损耗密度的三维表征图。在对损耗密度进行分析的基础上,将铁芯总损耗与高频变压器视在功率的比值定义为损耗因子,并依据损耗因子的三维表征图与实例分析,结合工作频率和体积等因素比较了3种典型磁性材料所制成的铁芯的损耗特性。分析指出,损耗因子是衡量高频变压器损耗特性优劣的重要指标,以最低损耗因子水平结合体积与成本因素进行分析,可作为铁芯材料的具体选择准则。     

不同工况下同步调相机定位筋磁场及感应电动势分析

随着高压直流输电系统对无功补偿设备快速响应能力和设备容量需求的不断加大,大容量新型同步调相机逐渐得到广泛应用。随着容量的增加,同步调相机端部漏磁大大增加。定位筋中的漏磁场中主要为轴向磁密分量,该磁场随着定子电流的交变呈现旋转效应,因此易在定子铁芯定位筋中产生较大的感应电动势,导致放电风险增大,从而降低同步调相机的使用寿命。本文建立了同步调相机端部的三维有限元模型,计算了同步调相机在空载、额定负载和失磁情况下定位筋中的磁密分布,并对比分析了其中的感应电动势大小,为进一步评估定位筋放电风险提供了理论基础。     

Design considerations for high-frequency coaxial winding powertransformers

The use of coaxial windings to create low-loss, low-leakage-reactance, power transformers for use in high-frequency soft-switched DC/DC and resonant converters has been demonstrated by M.H. Kheraluwalest al. (1990). Some of the important loss aspects of the design of coaxial winding transformers are examined, including the influence of the skin effect on winding resistance, the variation of core loss caused by nonuniform core flux density, and the choice of the principle dimensions and aspect ratios for maximum efficiency. Experimental measurements on a 50 kVA, 50 kHz unit are included to confirm portions of the analytical results and suggested design procedures