混合电磁结构磁性部分元等效电路建模技术

磁性材料在电磁结构中广泛应用,而传统(标准)部分元等效电路(partial element equivalent circuit, PEEC)方法对包含磁性材料的各种结构进行分析已无能为力。该文提出了基于几何平均距离和空间磁介质均匀化处理的磁性PEEC建模方法(magnetic PEEC, MagPEEC),根据磁性材料边界单元切向磁通密度在边界两边的关系得到了载流磁性材料表面磁化面电流和传导电流的耦合系数矩阵,给出了仅用传导电流表示的系统方程。对矩形单元之间、矩形单元与线单元之间、线单元与线单元之间的各种几何平均距离(geometrical mean distance, GMD)进行了分析,得到了相应的计算公式,在此基础上导出了平均切向磁感应强度的计算公式,并应用于磁性材料的MagPEEC建模。通过有限元(finite element method, FEM)方法对两邻近金属板的新型MagPEEC建模方法进行了验证。     

基于局部元等效电路原理对混合封装电力电子集成模块内互感耦合的研究

低压大电流混合封装电力电子集成模块(IPEM)内部功率电路与控制和驱动电路之间的互感耦合是电磁干扰的主要途径之一，为了准确预测电磁干扰的强度，需要对耦合互感进行精确计算，文中针对这个问题展开研究。首先，分析了功率电路的高频环流问题；其次，采用局部元等效电路(PEEC)原理对高频环流回路与典型控制和驱动回路之间的耦合互感进行了计算；最后，通过仿真和实验对计算结果进行了验证，表明该文对高频环流的干扰分析以及对耦合互感的计算方法是正确并且有效的。     

基于部分电感模型的回路耦合干扰分析

电力电子系统中回路之间的电磁场耦合是电磁干扰主要传播方式之一，为了准确预测系统级的电磁干扰，需要对回路耦合干扰进行定量计算。基于部分单元等效电路(partial element equivalent circuit，PEEC)的部分电感理论，建立了典型电力电子系统回路耦合电磁干扰的模型，主要包括导线之间空间磁场形成的互感耦合和接地回路之间共地阻抗耦合的模型。在实验室中构建了物理对象研究平台，分别对差模电流和共模电流产生的回路耦合干扰进行了测试，实验结果与计算结果对比证明了方法的正确性。     

MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流计算方法

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并基于所推导的解析表达式提出了故障电流的解耦计算方法。基于PSCAD/EMTDC对MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障工况进行仿真分析,将仿真结果与解析计算值进行对比验证。搭建数字-物理混合仿真实验模型,在数字端和物理端分别设置短路故障,对比实验值与解析计算值。验证结果表明,所提故障电流计算方法能准确地表征MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流的演变趋势。     

用于传导电磁干扰分析的接地回路模型与参数

由接地网阻抗所引起的传导：EMI问题已经受到了越来越多的重视。而接地回路的电路模型的建立，对传导干扰的研究十分有意义。该文建立了分析接地回路的电磁干扰的部分元等效电路(PEEC)模型，并针对三种不同结构的电路模型计算出了相应的电感参数。计算得出的回路电感与实测结果十分吻合。结果表明该文采用的电感参数的计算方法与测试方法是可行和有效的。文中利用所建立的接地回路PEEC模型，对接地网两点间的阻抗特性和干扰电流在其上引起的电压降进行了研究，分析了外部电路对其影响的规律。结果表明，在频率较低时接地网以外的电路主要通过互感来影响接地网两接地点之间的电压降。     

舰船钢板地电流干扰传播方向的确定方法

舰船钢板地电流通过地回路公共阻抗在不同电气电子设备之间形成电磁干扰,严重时将使敏感设备无法正常工作,因此必须对舰船钢板地电流的分布和传播方向进行深入研究。该文指出了确定单频率点钢板表面电流方向的旋转法不适用于频率扫描测量,提出了一维3次测量和二维2次测量确定钢板表面电流方向的新方法,并经电流集中效应理论分析及实艇实验进行了验证。实验时,只需计算出钢板表面磁场的方向,然后根据电流与磁场的垂直关系即可确定出钢板表面电流的方向。提出的钢板表面电流方向的确定方法,可在舰船钢板地电流干扰传播方向的辨识中得到应用,具有重要工程应用价值。     

单级同步感应线圈炮场-路耦合分析与参数优化

为了准确地确定驱动线圈中的响应电流,建立了单级同步感应线圈炮二维场-路耦合的数学模型,利用APDL编制了基于场-路耦合数学模型的仿真程序。利用该程序对美国桑迪亚国家实验室公布的同步感应线圈炮模型进行了仿真并与SLINGSHOT仿真结果进行了比较;进行了单级同步感应线圈炮发射实验,测量了放电回路中的响应电流并与仿真结果进行了比较,比较结果均验证了仿真程序的合理性。基于场-路耦合程序建立了单级同步感应线圈炮回路参数的优化数学模型,对放电回路参数进行了优化,根据优化结果进行了发射实验并测量了电枢速度,优化后系统的发射效率1.14%提高到2.02%。     

基于共模耦合效应的电机绕组过电压研究

高du/dt的PWM电压将会在电机内部产生共模耦合效应,并在电机内部的共模耦合回路形成共模耦合电流,共模耦合电流流过电机绕组时,将引起电机绕组电压的畸变,并产生电压过冲。与电机端子的过电压一样,影响电机绕组的绝缘。该文从电机内部共模耦合效应的角度分析和计算了电机绕组的过电压,建立高频情况下电机内部的共模等效电路集总参数模型,给出共模耦合电流和电机绕组电压的计算方法,分析了共模耦合电流对电机绕组电压的影响,并通过仿真和实验进行了验证。     

关于气体绝缘传输线(GIL)的磁场屏蔽

本文介绍了气体绝缘传输线(GIL)的基本结构并对其磁场屏蔽原理进行了分析。所有计算均采用解析方法,着重对GIL系统屏蔽原理进行分析。首先以Maxwell方程组对圆柱外壳电磁屏蔽特性进行计算,指出这一结构无法屏蔽内部导体电流磁场的原因。随后根据GIL外壳回路的磁耦合特性对其屏蔽机制进行了探讨。计算过程说明了外壳感应电流产生的原理,给出了GIL系统优异的电磁环境特性的理论依据。     

基于场路耦合法的大电流互感器屏蔽绕组分析

大电流互感器通常工作于强杂散磁场环境,必须采取有效措施来保护其不受外界电磁干扰。屏蔽绕组作为一种新颖的屏蔽方式,在大电流互感器中得到了广泛的应用。该文以25000/5A电流互感器为研究对象,利用基于场路耦合的方法来建立大型发电机组用电流互感器的三维有限元仿真模型和统一的场路耦合数学模型,在此基础上计算其屏蔽绕组中的电流；通过比较等效磁势法和降流回路法仿真计算结果与试验测量数据,证明了3D有限元仿真模型的正确性；最后,依据上述模型分析屏蔽绕组抗具有电磁干扰的良好效果。     

基于PEEC法的发电机定子绕组线棒高频电路模型

建立合理的电机定子绕组电路模型,对于研究定子绕组绝缘局部放电信号的传播规律,了解局部放电信号的特征具有重要意义.部分元等效电路(PEEC)法是基于电磁场方程推导出来的等值电路模型,能够对一些用传统方法难以建模的复杂物理结构建立合理的电路模型,并且所建模型可以方便地与其它模型(比如传输线模型)综合连接、计算仿真,该方法还能够综合考虑外部测量电路的影响,在集成电路高频电路模型建立中有广泛的应用.本文采用PEEC法原理,建立了电机定子绕组单根线棒高频电路模型和双根线棒的耦合传播模型,此方法克服了以往多导体均匀传输线理论在电机定子绕组电路模型建立中的不足.模型中的部分电感、部分电容等参数由PEEC原理结合相关计算软件求得.模型的仿真计算与实验结果比较,证实了所建模型的有效性及参数的准确性.     

Measurement of magnetic fields in the direct proximity of powerline conductors

Modeling and managing of power frequency magnetic fields requires verification of theory with actual measurements. Measurements only at ground level are not always sufficient for comprehensive studies. The technique and the results of three-dimensional mapping of the power frequency magnetic fields high above ground level are presented in this paper. Comparative calculations illustrate relevance and approximations of the existing theoretical approach to field modeling. The influence of harmonics on the elliptical rotation of the magnetic field vector is illustrated. The possibility of use of the magnetic fields for the power line proximity detection is discussed     

同轴电缆对超宽带高功率微波耦合特性实验研究

为研究同轴电缆对超宽带高功率微波的电磁耦合特性及其对终端电气设备的影响,将同轴电缆终端连接设备等效为集总负载。通过实验研究了超宽带高功率微波辐照条件下同轴电缆终端负载的耦合响应特性,分析了同轴电缆电磁脉冲耦合机理,为电子设备及系统抗电磁干扰提供了参考。实验结果表明,同轴电缆对超宽带高功率微波耦合作用显著,耦合特性受接地状态、电场极化角等影响严重。     

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。     

Application of the partial element equivalent circuit method to tower surge response calculations

This article presents calculations of tower surge responses and insulator voltages of an actual transmission tower including ground wires and phase wires. The partial element equivalent circuit (PEEC) method is applied as a simulation tool. Surge responses of the tower and insulator voltages calculated by the PEEC method are compared with electro magnetic transients program (EMTP) simulated results and experimental results collected from the literatures. The results calculated by the PEEC method agree well with the experimetal results, not only amplitudes but also waveshapes. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

终端负载对同轴电缆电磁耦合响应的影响

为研究连续波辐照下同轴电缆耦合能量对终端设备的影响,将同轴电缆终端连接的设备等效为集总负载,将其构建成连续波辐照实验系统。笔者搭建了同轴电缆耦合实验平台,研究不同终端负载条件下同轴电缆终端负载耦合电压响应变化规律。结果表明:当屏蔽盒端负载匹配,屏蔽室端负载变化时,随着电阻值的变大,屏蔽室端负载响应电压也会变大;当屏蔽盒端负载变化,屏蔽室端负载匹配时,屏蔽盒端终端负载的变化不影响屏蔽室终端负载的电压响应规律及幅值,终端负载响应电压的峰值随着频率的增加而减小。     

基于交叉耦合与交叉解耦的UPFC控制性能对比

交叉耦合与交叉解耦控制是统一潮流控制器(UPFC)的2种主要控制策略,两者内环相同而外环有显著差异。交叉耦合以线路潮流为控制对象,控制结构简单易于实现,属于直接控制方式;交叉解耦的外环控制由电流反馈环与比例积分(PI)控制相结合,以线路电流为控制对象,具有快速调节潮流的能力,属于间接控制方式。交叉耦合不依赖于电流反馈,通过外环PI调节器对线路潮流进行独立调节,因此具有较好的鲁棒性;交叉解耦通过电流环解耦,具有解耦完全的特点。单相接地短路实验体现出交叉解耦控制在三相不平衡状态下迅速限制潮流冲击分量的特点。通过实验波形和仿真分析,对交叉耦合与交叉解耦的控制性能特点予以了证实,并针对交叉解耦控制鲁棒性较差的缺陷,提出了PI控制器的智能化和线路参数在线辨识2条改进途径。