Reduction of Ripple Current Loss by Electromagnetic Coupling of Air‐Core Reactors

To reduce the loss due to ripple current in a multiphase current‐reversible chopper, we investigated electromagnetic coupling of an air‐core reactor. We derived the relationship between the amplitude of the ripple current, the duty factor, and the electromagnetic coupling coefficient, and used the results to estimate the effects of electromagnetic coupling in the design of a train energy storage system. We built reactors with electromagnetic coupling coefficients of 0.93 and 0.60. These reactors employed a new winding structure that provides an optimal electromagnetic coupling coefficient. The mass of the former type of reactor was increased by 4.4% over the conventional design, and that of the latter type of reactor was decreased by 17%. Finally, we tested the new reactors. When the chopper employs the former type of reactor and operates with equal‐phase switching and cumulative coupling, the loss due to ripple current is decreased by 11%. When the chopper employs the latter type of reactor and operates with shift‐phase switching and differential coupling, the loss is decreased to 31%. The test showed that the calculated relationships agreed with the measured values.     

具有低频电流纹波抑制功能的电流型桥式光伏微逆变器

合理的低频电流纹波水平能有效增加微逆变器的寿命,提高光伏电池的输出功率。文中提出一种器件复用的电流型桥式变换器,作为两级式光伏微逆变器的前级,针对该变换器提出了一种双占空比调制策略,分析了在该策略下变换器的工作原理,在此基础上提出了一种可实现光伏电池侧低频电流纹波抑制的策略。分析了变换器的小信号模型,分别设计了升压电感电流内环、光伏电池电压外环以及低压侧电压环的调节器参数,并通过根轨迹验证了在整个光伏电池运行范围内变换器均能稳定运行。实验样机运行结果验证了分析与设计参数的正确性。     

EMS型磁浮列车悬浮斩波器输入电流波动分析

悬浮斩波器是EMS型磁浮列车上的开关型电流放大器,由此造成输入电源的电流纹波较大。对双正激斩波器和三电平悬浮斩波器的输入电流波动方程进行了推导,对比发现,在相同输出电流条件下,三电平悬浮斩波器的输入电流波动更小。基于PspiceAD平台建立了悬浮斩波器模型,仿真研究验证了分析结论。最后,对自主研制的悬浮斩波器样机进行了实验对比测试。     

减少仅使用一个电流传感器驱动BLDCM的换向转矩脉动

分析和研究了仅使用一个直流母线电流传感器驱动的无刷直流电机在换向过程中产生的转矩脉动的方法.对于这样的驱动,在高速和低速的情况下很难有效地抑制转矩脉动的产生.提出的补偿原理为:通过对占空比的控制使无刷直流电机在换相期间关断相的电流下降率和开通相的电流上升率相等.提出的控制策略能抑制转矩的突起和凹陷.仿真实验证明了这种方法的有效性.     

采用BUCK电路的低电感无刷直流电动机转矩脉动与损耗分析

通过分析低电枢电感无刷直流电动机的特点,在无刷直流电动机驱动器逆变电路前级采用BUCK变换电路实现电压的调整,在逆变电路中采用Hall信号换相而不叠加PWM斩波信号。通过建立无刷直流电动机及其驱动电路的模型,并对其进行仿真分析,结果表明采用BUCK变换电路后能够减小电机的相电流和母线电流的脉动,减小电磁转矩脉动,消除直流端反向电流,电机铁损耗和铜损耗也大大降低。     

Comparison Between Phase Number and Operation Mode of Multiphase Boost Chopper for Reducing Input Current Ripple

This paper describes the characteristics of a multiphase boost chopper on the basis of the difference between its phase number and operation mode. First, the paper presents a theoretical analysis of an input current ripple in a multiphase boost chopper controlled with CCM and DCM. For analyzing CCM, the input current ripple in an n‐phase boost chopper is expressed by a general formula using a duty ratio. This expression clarifies integrally the relations between the phase number and input current ripple. The current ripple in CCM is much lower than that in DCM for the tested four‐phase boost chopper. Furthermore, this paper presents a comparison between the converter efficiency and step response of a four‐phase boost chopper controlled in CCM or DCM. The efficiency in CCM is higher than that in DCM by 0.5%. The phase number affects the step response characteristics in CCM. However, it does not affect the step response characteristics in DCM. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 185(1): 57–66, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22398     

基于电流预测控制的无刷直流电动机换相转矩脉动抑制

为解决无刷直流电动机(brushless DC motor,BLDCM)换相转矩脉动的问题,提出基于电流预测控制的换相转矩脉动抑制方法。首先分析换相转矩脉动产生的原理;然后采用电流预测控制同PWM_ON导通方式相结合的控制策略,在换相期间对开通相和关断相同时进行PWM调制,控制开通相的电流上升斜率和关断相的电流下降斜率相等,保证非换相的相电流保持恒定,从而减小换相转矩脉动;最后搭建了实验平台。实验表明,所提出的算法可在全速度范围内明显减小换相转矩脉动,验证了所采取策略的有效性。     

两级式单相逆变器输入电流低频纹波分析及抑制

50Hz单相逆变器时变特性导致前级直直变换器输入电流中含两倍频100 Hz低频纹波,将有可能诱发变换器之间相互作用问题,如稳定性问题、输入纹波电流限制等。基于反向电流增益Ai(s)(输入电流对输出电流)模型,提出一种新的方法,用于分析直直变换器低频纹波特性。建立不同控制方式下的Ai(s)模型,并通过SABER软件仿真得到验证。指出并验证平均电流控制方式相比电压控制方式及开环控方式,在输入电流低频纹波抑制方面更有效,并基于Ai(s)模型给出相关的设计准则。最终给出不同控制策略下输入电流低频纹波仿真及实验作为验证。     

基于功率预测的光伏微逆变器低频电流纹波抑制策略

随着单块光伏电池输出功率越来越高,以反激电路为基础的传统光伏微逆变器(PM)难以达到高效率,因此以桥式电路为基础的PM越来越受到重视。文中提出一种较小容值的桥式PM及其基于功率预测的输入侧低频电流纹波抑制方法。该方法取消了传统的电流内环,而且保证变换器的输出功率能够在一个开关周期时间内实现快速跟踪。考虑到实际参数与检测值的误差,所提功率预测方法仍具有很好的稳定性与鲁棒性。通过建立系统的小信号模型,设计了电压外环的调节器参数,使得电压环具有较大的带宽。实验结果证明了所提PM性能优良。     

采用高耦合度分裂电抗器的并联型断路器均流过程研究

为了研究基于高耦合度分裂电抗器(high coupled split reactor,HCSR)的并联型断路器的并联均流效果,推导了简单并联及基于HCSR的并联型断路器并联支路间不平衡电流的表达式,通过分析得出结论:HCSR单臂限流电感、双臂间耦合度、选用的断路器弧阻大小等因素是影响并联型断路器均流效果的主要因素。为验证上述结论,建立了HCSR、真空灭弧室、SF6灭弧室的电路仿真模型,开展了相关仿真分析,并采用合成回路进行了对应断路器并联开断实验。仿真、实验结果与理论分析结果相符合。基于上述研究结果,最终给出了针对不同类型并联断路器的HCSR单臂电感的选取原则,以用于指导新型并联断路器的设计。     

六相同步风力发电机双空间矢量脉宽调制电流脉动分析

双空间矢量脉宽调制(SVPWM)是六相同步风力发电机数字控制系统中最容易实现的一种调制策略,电流脉动是衡量调制策略电流波形质量与电机发热特性的重要指标。文中对双SVPWM调制电压矢量在矢量空间解耦坐标系中的映射特性进行分析,并指出电流脉动的原理。利用数值分析方法对单个基波周期内的谐波畸变因子(HDF)与电流脉动进行数学推导。利用最大脉动电流逆向推导的方法,得到电抗器选型参数,此选型方案简单快捷,无需繁琐的分步仿真分析。最后,通过仿真和实验结果与数值推导结果进行对比,验证了电流脉动数学推导与电抗器选型的有效性。     

单相整流滤波电容纹波电流的数学模型与分析

整流滤波用电解电容容值的改变不仅影响输出电压,还会影响电容本身的纹波电流,进而影响损耗和电容本身的寿命.建立了滤波电容纹波电流的数学模型,利用Saber仿真结果与计算结果对比验证了模犁的正确性.基于所建数学模型,分析了容值变化对纹波电流和电容损耗以及电容寿命的影响,随着容值的增加,电容的纹波电流会随之增加,电容损耗增加至极值点后逐渐减小.最后进行了实验验证,进一步完善了滤波电容的选取依据.     

一种三相铁心电抗器磁场分析及其电感量计算

对三相串联铁心电抗器进行了三维电磁场仿真研究,并计算了三相铁心电抗器的每相电感量。     

低感设计对变流器电容纹波电流影响分析与优化

在大功率变流器产品的设计应用过程中,因母排杂散电感的不匹配导致变流器模块支撑电容纹波电流有效值偏大,电容长期工作在超额状态以致损坏。针对上述问题,根据变流器模块不同母排结构建立相对应的数学模型,分析了支撑电容电流偏大的根本原因。通过试验的方法测量提取不同母排结构的杂散电感以指导后续母排的设计。根据理论分析提出了通过优化母排设计、改善控制算法来减小母线支撑电容纹波电流。最后,基于某一变流器平台,通过测量不同试验条件下电容电流纹波,对比分析试验数据以验证所提改进措施的有效性。     

混合直流系统中基于平波电抗器与限流电抗器参数优化的限流策略

直流线路正常运行过程中,平波电抗器可以减小电流纹波。当直流线路发生故障时,限流电抗器的快速投入可以抑制故障电流的上升速度。因此,考虑限流电抗器与平波电抗器的协同,不仅可以抑制故障电流的上升速度,而且能够降低直流断路器的切断容量。然而,受到投资成本和系统动态特性的制约,平波电抗器与限流电抗器的电感容量需要保持在合理的范围内。因此,对直流输电系统中平波电抗器和限流电抗器的容量进行优化配置,在保证限流能力的同时降低投资是十分有意义的。首先,建立了交直流混联系统的故障等效模型,并分析直流线路发生双极性短路时两端故障电流的特性。其次,建立了平波电抗器和限流电抗器的优化配置数学模型。最后,基于MATLAB仿真试验对所提限流策略进行了验证。     

电流纹波率分析与输出滤波电感的优化设计

一般输出滤波电感的设计需以临界连续电流为依据并根据经验公式选取电流纹波计算.该方法未考虑滤波电感上电流脉动对变换器各应力参数的影响,难以得到较理想的输出滤波电感值,从而影响变换器的实际效果.为解决这一缺陷.深入分析了Buck变换器电流纹波率的选取理论依据,提出输出滤波电感的优化设计.该方法综合考虑了变换器各应力参数、滤波电感的体积及变换器的动态性能,最终确定了电流纹波率最佳值约为0.4.以此计算的滤波电感值未影响到变换器动态响应,其设计获得了优化.实验结果验证了理论分析的正确性和该方法的可行性.     

耦合电感在交错并联功率因数校正变换器中的应用

基于交错并联PFC变换器中两分立电感的减小会导致输入电流纹波的增大,电网频率的提高会使波形系数变差,提出采用耦合电感代替分立电感方法,并分析了耦合电感在正向及反向耦合方式下,不同耦合度对交错并联变换器特性的影响,指出适当的正向耦合有助于提高变换器的电流上升斜率。仿真结果表明：耦合电感对减小电流纹波,改善波形系数有很好的效果。     

电流斩波控制条件下影响开关磁阻电机转矩脉动的结构因素分析

利用磁路和有限元方法,研究了在电流斩波控制条件下,影响开关磁阻电机转矩脉动的结构因素;讨论了,气隙长度,定、转子极弧系数,定、转子轭部厚度变化时开关磁电机转矩脉动的变化情况;研究表明:①使转矩脉动较小的气隙长度存在一个最优值,而且气隙长度影响电机带负载能力;②定、转子极弧系数对SRM转矩脉动的影响类似,随SRM定、转子极弧系数的增大,平均转矩不断增大,定、转子极弧系数在较小数值变化时,转矩脉动变化不大,但当定、转子极弧系数大于某值后,随着平均转矩的增大,转矩脉动大幅度增大;③定、转子轭部厚度对SRM转矩脉动都有影响,但影响程度不大,随着定子轭部厚度的增大,SRM转矩脉动呈现减小的趋势;随着转子轭部厚度的增加,SRM转矩脉动随之变大。     

大电流互感器试验时的电磁耦合场分析

目前,国内外对大电流互感器屏蔽绕组电流的计算还没有一个准确的计算公式,笔者用有限元法计算了屏蔽绕组中的电流,对仿真的结果和试验数据进行的比较说明,仿真结果是可靠的。     

A New Control Method of Suppressing the DC‐Capacitor Voltage Ripple Caused by Third‐Order Harmonic Compensation in Three‐Phase Active Power Filters

This paper proposes a new control method suitable for active power filters, which can reduce the dc capacitor voltage ripple associated with the third‐order harmonic current compensation. The proposed method superimposes a negative‐sequence fundamental current on the compensating current to cancel out the active power ripple caused by the third‐order harmonic current. As a result, the proposed method has the capability to eliminate the dc capacitor voltage ripple oscillating at double the source frequency. Experimental results obtained by a 10‐kW three‐phase diode rectifier load verify the validity of the proposed method. The proposed method exhibits a small dc capacitor voltage ripple reduced to 43% of that using the conventional method.