基于meat-grinder脉冲电源的感应线圈炮发射性能仿真分析

为了减小脉冲电源的体积,探索电感储能脉冲电源用于感应线圈炮的可行性,在线圈炮系统中引入了电容转换的meat-grinder脉冲电源电路。首先对该脉冲电源驱动感应线圈炮负载的工作原理进行了分析。然后基于Maxwell 2D仿真环境,建立了单级感应线圈炮的2维有限元模型,瞬态仿真确定了触发放电位置,并分析了驱动线圈电感和电容器电容值对发射性能的影响。仿真结果表明:电容转换的meat-grinder电路用于驱动感应线圈炮是可行的;触发放电位置、驱动线圈的电感和电容器的电容值对发射性能都存在影响;选择合理的参数可以提高发射效率。在系统设计时,驱动线圈电感和电容器电容值的选取需要从降低断路开关电压,保持较高发射效率,以及降低电容器容量要求等方面综合考虑。     

高储能密度电感的设计

电感作为电感储能型脉冲电源的核心元件,其结构及参数直接影响脉冲电源的性能指标。电感设计的关键环节是获得最高的储能密度,Brooks线圈等高品质因数电感虽然具有高储能密度,但是由于在计算电感储能密度时,电感体积的计算方法不同,导致由给定材料绕制的Brooks线圈并不一定具有最高的储能密度。本文电感设计时基于空心平面螺旋型线圈,通过分析给定范围内的线圈参数,计算并寻找具有最高储能密度的电感。通过实验验证了该方法的准确性。最后,比较了该方法的寻优结果与Brooks线圈参数,验证了该方法在寻找高储能密度电感方面的优势。     

串联充电-并联放电型电感储能线圈炮系统的研究

建立了串联充电-并联放电型电感储能单级脉冲感应线圈炮的系统模型,利用PSpice对系统特性进行了仿真,分析了弹丸线圈时间常数、转换电容、初始位移等参数对发射过程的影响,并对比了单个电感线圈储能和两个电感线圈串联充电-并联放电型电源拓扑的发射结果。搭建了由两个电感线圈构成的串联充电-并联放电的小型线圈炮实验系统,其中控制电路以DSP芯片TMS320F2812为基础设计而成。实验结果和仿真结果吻合较好,验证了系统模型的正确性。     

基于正交DD线圈副边去耦合干扰的双负载无线电能传输系统

在双负载无线电能传输系统中，副边线圈之间的耦合干扰问题成为制约系统性能的重要因素。为此，提出一种单发射-双接收磁耦合机构，旨在解决两个副边线圈之间的耦合干扰问题，并通过原边线圈的设计实现两个负载获得相同的能量输出。在不采用屏蔽材料和控制方法的情况下，该机构仅通过线圈结构设计即可实现两个副边线圈的完全解耦。实验结果表明，采用该机构的无线电能传输系统在双负载情况下，两负载互不影响且系统能量传输效率可达88.7%。     

新型电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑

提出了一种用于电磁发射的电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑。该拓扑中两储能电感充电时串联,放电时并联,以实现电流倍增。与meatgrinder电路相比,该电路两储能电感之间不需要磁耦合,具有设计简单灵活、容易制造的特点。为避免电感储能断路时断路开关出现过电压问题,用电容作为能量转换器件可实现开关的零电压断路。对该脉冲电源系统的工作原理进行了理论分析,搭建了小型实验系统,验证了该电源拓扑的可行性。以轨道炮为负载,对电感、电容参数对系统性能的影响进行了仿真分析,结果表明多个电源模块的并联运行能明显提高系统能量转换效率。     

基于EAST超导纵场线圈的换流分析

先进超导托卡马克(EAST)是一个磁约束核聚变装置,其中,纵场线圈的额定储能接近300 MJ,一旦发生失超没有及时地进行保护,后果将是灾难性的,因此可靠的纵场线圈失超保护措施对于EAST至关重要。从纵场线圈的能量泄放途径着手,在确保纵场线圈焦耳积分满足要求的前提下,详细地阐述了换流的方案和开关的连锁控制。理论分析和实验证明,它们不仅能保护纵场线圈的安全,而且能可靠地保护纵场电源;二次换流方案的采用,降低了开关分断直流电弧的难度,提高了开关的使用寿命,它对超导储能设备和大电感负载的换流具有一定的借鉴作用。     

电动汽车无线充电用方形线圈仿真优化研究

电动汽车由于其节能、环保和低碳等优点受到越来越多的关注。为提高电动汽车无线充电系统传输效率,优化线圈设计,分析了电流源供能的2线圈串串拓扑结构的等效电路模型,并从线圈互感、线圈等效串联电阻以及负载的角度对平面螺旋方形线圈提出了提高充电效率的4个方面,即:最优的线圈匝数、最优的线圈边长、更短的传输距离以及最佳负载,并利用COMSOL软件进行了仿真验证。仿真优化结果表明:线圈边长d与传输距离D存在近似优化关系:d=2D;电动汽车无线充电系统存在一组最优参数:传输距离D=45 cm、线圈边长d=90 cm、线圈匝数N=30和负载RL=80Ω时,系统传输效率达到88.36%,从而实现了电动汽车高效率无线充电。     

基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统的研究

针对多负载无线电能传输系统存在负载之间功率分配不均及取放负载时对其他负载有影响的问题,提出了基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统。首先,利用电路互感模型对该系统进行了建模分析,推导出了流过发射线圈的电流、输出电压及效率的表达式,研究了工作频率和负载个数对效率的影响,该系统还具有恒压输出的特性。其次,为了使发射线圈产生的磁场更加均匀,发射线圈采用赫姆霍兹线圈,利用有限元仿真软件设计了两种赫姆霍兹线圈,这两种赫姆霍兹线圈在轴中心附近的较大范围内产生均匀的磁场。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

基于PEEC的阵列解耦式WPT系统设计与研究

为实现给多个小型电子设备灵活充电,此处设计了一种基于正六边形线圈单元结构的三层交错排布阵列式线圈结构。其主体结构为中间层布置一个线圈,首层与底层分别对称排布3个线圈,且每层线圈间两两解耦。采用部分元等效电路法(PEEC)提取正六边形线圈的电感参数,构建相邻线圈的交叉位置与互感的关系,模型计算表明,当相邻线圈间重叠尺寸为32.42 mm时,线圈实现解耦;在主线圈中设计串联的副线圈来实现单元线圈的耦合磁场均匀分布,该设计使单元线圈与负载间的互感提升约40%。最后提出一种负载坐标定位方法,通过定位负载中心与阵列交错线圈的位置,可启动单线圈、双线圈或三线圈发射模式,实验验证阵列结构可确保负载在不同位置时能够可靠供电。     

混合储能脉冲电源中电容重复利用方案设计及仿真

在基于超导电感-电容混合储能脉冲电源中,两个储能电感比值较大时转换电容的容量要求也较大,降低了超导储能的体积优势。针对这一问题,本文分析了转换电容对单模块电路工作特性的影响,提出了多模块超导电感-电容混合储能脉冲电源电路共用一个转换电容支路的设计思路,并以三模块为例对同时放电和延时放电模式进行了仿真验证。仿真结果表明:多模块超导电感-电容混合储能脉冲电源电路可以共用一个转换电容支路,两种放电模式对负载电流脉冲都进行了改进,但同时放电模式进一步降低了超导储能的优势,而延时放电模式可大幅提高超导储能的优势。     

节能滤波型变压器及其整流系统关键问题研究

提出了一种基于感应滤波技术的节能滤波型整流变压器及其12脉波整流系统,重点解决现有整流变压器及其系统谐波污染严重、损耗大及效率核算困难等难题。该整流变压器负载绕组采用Y/△结构以抑制5、7次特征谐波,通过滤波绕组及其感应滤波装置对11、13次谐波进行治理与隔离。基于现有的感应滤波技术及其实现条件,新型整流系统谐波抑制效果优良,并可极大降低变压器铁芯的谐波磁通,具有节能的效果。在方案介绍的基础上,重点对新型整流系统的感应滤波技术、效率核算及无功补偿引起的谐波放大等关键技术问题进行分析与研究。仿真结果表明其相关技术问题可以有效解决,且谐波抑制和节能效果良好。     

变压器经济运行损耗统一评估算法的研究及应用

在单台变压器运行损耗分析的基础上,将单台双绕组或三绕组变压器运行、两台双绕组或三绕组变压器并列运行时的损耗表达式统一为一个评估算法,并且推导出这四种运行方式下,削峰填谷对变压器降耗效果中的降耗量、最佳调载量的统一表达方式;并通过某变电站的双主变并列运行的算例表明削峰填谷对变压器经济运行的作用。     

Application of generalized switching laws for increasing current pulse value

To obtain the current pulses applied to the active load, the circuit breaking effect has been used in the primary winding of the pulse transformer. When the direct current voltage source is disconnected, the current of primary winding is reduced to zero, so that a current pulse is formed in the secondary winding of the pulse transformer that is transmitted into the load. A circuit of the inductive pulse generator operating on the basis of generalized switching laws was developed so as to increase the amplitude of current pulses in the active load and the corresponding power. The circuit contains a pulse transformer, the secondary winding of the pulse transformer is connected to the load, and an additional inductor is connected parallel to the primary winding of the pulse transformer. When the direct current voltage source is disconnected, the current of primary winding passes through zero and decreases to a negative value, which leads to a significant increase in the current pulse in the load. In accordance with the generalized law of commutation, the relationships for the calculation of the current jump of pulse transformer primary winding and a jump in the load current have been obtained. Using the state-space technique, mathematical models of the circuits mentioned above with linear active load have been developed. Theoretical and experimental studies have shown a significant increase in the current pulse value and its capacity in the active linear load when the inductive pulse generator has been used. The values of currents in inductive coils detected experimentally were practically the same as the calculated values.     

区分发电机不对称运行和定子绕组匝间短路的故障检测

为了有效检测和辨识发电机定子绕组匝间短路故障,应用交流电机绕组理论分析了定子绕组匝间短路时并联支路感应电动势的频率、幅值和相位以及转子绕组感应电动势的谐波特征.以试验所用的故障模拟发电机为例,分别对发电机不对称运行和定子绕组匝间短路进行了故障特征计算.发现在发电机不对称运行和定子绕组小匝数匝间短路不断恶化时,发电机励磁...     

松耦合感应电源性能的影响因素分析

本文针对串并补偿结构的松耦合感应电源系统,建立了互感模型,分析了输出功率和传输效率达到最大值的条件,得出了系统在谐振频率工作时输出功率和传输效率只与映射阻抗的实部和线圈内阻有关的结论.最后根据实验参数,分析了工作频率、线圈内阻和负载变化对系统性能的影响.     

具有电压负反馈绕组的新型反激式单级功率因数校正变换器

提出一种具有电压负反馈绕组的新型反激式单级PFC变换拓扑。电压负反馈绕组的引入能够抑制中间储能电容电压,减小开关管的电压电流应力,解决了DCM PFC+ CCM DC/DC模式下轻载时,中间电容电压过高的问题,并且一部分输入功率将通过负反馈绕组直接传向负载,提高了变换器的效率。通过对电路工作模态和稳态的分析,可以得出该变换拓扑不仅具有较好的功率因数校正能力,还具有开关管电压应力低、效率高等优点。实验结果证明了该变换拓扑的优越性。     

一种单绕组双速感应电机定子绕组节能改造方案

在利用改进绕组设计对电机进行双速或多速节能改造时,存在一些特殊工况要求不同转速时的能效尽可能接近,这就需要对定子绕组进行特殊设计以实现2种转速条件下效率最优。针对该需求,对比了3种单绕组双速电机实现方案,对比发现反向换相法在2种极对数情况下均能保持较高的基波绕组系数,进一步利用有限元方法研究了不同节距和绕组匝数对电机运行性能的影响,并提出了最优的绕组设计方案。以1台5.5 kW、4极电机为例,利用所提方法进行4/6极绕组设计并进行试验验证,结果表明2种转速下电机效率基本一致,验证了所提设计方法的可行性及有效性。     

Computer and full-scale models of magnets with a single-layer quasi-force-free winding and evaluations of the possibility of using such magnets in inductive energy stores

Results of numerical modeling and experiments, which confirm the possibility of greatly decreasing the mechanical stresses in the equilibrated magnet winding compared with the usually implemented winding, are presented. An increase in the specific energy capacity of the inductive energy store is pointed out in case of using such winding in it. The possibilities of correction upon the violation of the equilibrium in the actual magnet winding because of the deviation of its configuration from the calculated one are shown.     

新型有源升压功率变换器及其在开关磁阻电机中的转矩脉动抑制

提出一种绕组退磁电压实时控制,且结构简单的新型有源升压功率变换器。该变换器利用绕组退磁能量和有源功率器件,根据电机工况实时控制绕组退磁电压,实现转速、负载较大变化情况下开关磁阻电机的高效率、低转矩脉动运行。同时,该变换器一相绕组仅需一个IGBT和一个二极管,简化了变换器结构。分析该新型有源升压功率变换器拓扑及在三相开关磁阻电机中的工作机理,研究绕组退磁电压对退磁相负转矩的影响,并对其数学模型进行推导。在此基础上,结合瞬时转矩控制策略,构建了基于该新型有源升压功率变换器的开关磁阻电机驱动系统,通过仿真与实验研究,验证了理论分析的有效性和优越性。     

不同负载电流下变压器表面三维振动信号特征分析

变压器表面振动信号与绕组及铁芯运行状态密切相关。采集正常运行中变压器表面三维振动信号,结合负载电流和运行电压数据,分析总结不同方向变压器表面振动信号的时域峰值特征和频域能量特征。提出能量—电流灵敏度指标EC-S,用于定量描述变压器表面振动信号各频点能量受负载电流变化的影响,基于该指标分析了可表征变压器绕组振动状态的特征频点。结果表明同一位置不同方向的变压器表面振动信号差异显著,三维振动信号较单一方向振动信号能更全面地反映变压器绕组振动变化。