关键词： 无刷直流电机   软开关   谐振极逆变器   零电压通断   开关损耗  

摘要： 无刷直流电机(Brushless DC motor,BLDCM)通常使用的是在功率逆变器侧的硬开关模式下通过脉宽调制(pulse width modulation,PWM)进行驱动的。在硬开关模式下,电机转矩脉动大、工作效率低,特别是在开关频率较高时,开关损耗将急剧上升,同时功率器件中存在的极间寄生电容在开关过程中会产生较高的电压变化和电流变化,可能耦合到输入端造成较高的电磁干扰和二极管反向恢复电流问题。因此,效率低、电磁干扰大限制了基于硬开关驱动的无刷直流电机在要求严格的场合应用,而软开关技术被很多国内外学者认为是解决这些问题的重要途径之一。本文主要针对无刷直流电机在传统硬开关模式下逆变器存在的诸多问题,将高频化后的软开关技术与无刷直流电机驱动控制系统结合在一起,通过添加辅助谐振电路,减小逆变器侧的开关损耗。根据不同工作模式下的等效谐振电路图,对谐振电路进行了深入分析,提出了合理的控制策略,并对电路模型进行了建模仿真和分析验证。本文主要研究内容如下:(1)首先,本文深入分析了无刷直流电机基本组成结构和工作原理,并根据理论分析对无刷直流电机的数学模型作出了公式推导,同时也分析了其工作特性,并在Matlab/Simulink环境下搭建了无刷直流电机的两种仿真模型,通过对搭建模型的仿真得到了电机转速、转矩和相电流等重要参数的波形图。(2)其次,通过对几种软开关逆变器特点的阐述和分析,选择了谐振极软开关逆变器作为本文的研究对象。然后将设计了具有零电压开通和关断能力的无刷直流电机谐振极软开关逆变器驱动控制电路,并对其原理以及几种工作方式进行了具体的分析,给出了各功率开关管的导通时间和顺序,并对此电路结构进行了Simulink仿真验证,验证了理论分析的合理性和可行性。(3)最后,根据无刷直流电机控制系统电路拓扑结构的设计,在Altium Designer18软件上对其模块电路进行了原理图绘制以及PCB线路板设计,同时也完成硬件电路的实时调试和部分软件程序的编写,并对部分软件设计也进行了调试。

关键词： 直流变换器   耦合电感   软开关   PFM  

摘要： 对开关电源轻量化、高频化、高效率的不断追求促使谐振开关技术在直流变换器中取得广泛应用。谐振开关变换器在保留常规谐振变换器自然软开关及低电磁干扰等诸多优势的同时,克服了谐振元件在开关周期内始终参与能量传递而导致损耗过大的弊端,在变换器高频化的潮流中颇受关注。通过对现有研究成果的学习,本文首先提出一种基于耦合电感的零电流开关(zero-current switching,ZCS)谐振开关变换器拓扑。在该拓扑结构中,使用单个紧密耦合的电感作为谐振元件,避免了多个分布谐振电感造成体积大的问题,而且漏感中的能量被谐振电容充分吸收进而削弱电流和电压对电路的冲击。变换器采用定导通时间的脉冲频率调制策略(Pulse Frequency Modulation,PFM),开关管根据负载电压实现自然换流,可以在较宽的输入电压和开关频率范围实现ZCS开通,借助耦合电感的电压箝位作用,在实现零电压零电流关断的基础上,进一步限制了电压应力,而且输出二极管为自然关断,克服了其反向恢复问题。为改善所提变换器输出电压可调范围较窄和功率等级较低的局限性,通过置换开关管和耦合电感的位置并增加额外的电感,进一步提出基于三个绕组耦合电感的隔离型ZCS谐振开关变换器。在改进的电路拓扑中,变换器的原边和副边共用耦合电感和开关管,谐振模式为原边开关管提供软开关动作环境,耦合电感通过副边向输出传递能量实现自动磁复位。此外,通过合理地配置原副边耦合电感的匝数比,增加了控制输出电压的自由度,进而实现对输出电压的双自由度调节,拓宽了输出电压调节范围,使其应用场合更加多样化。文中通过对所提变换器稳态动作原理的分析,划分了不同开关模态,推导了各个工作模态的数学模型,并详细分析了包括输出电压特性、ZCS临界条件、电压电流应力等稳态特性,特别针对耦合电感的漏感问题进行了数学解析,并讨论其影响。根据理论分析的结果进行了参数设计及损耗分析。最后,以Pspice为仿真平台搭建变换器的仿真模型,仿真结果证明理论分析准确性的同时也证实了变换器的优越性能。

关键词： secondary modulation   three-level dc/dc converter   ZVS   三电平直流变换器   副边调制   零电压开关   Language of Keywords: English   Chinese  

摘要： 提出了一种副边调制软开关三电平直流变换器.该变换器具有如下优点:原边开关器件仅承受一半输入电压应力,且不需要额外均压器件;副边LC滤波器前的电压波形是三电平,可有效减小输出LC滤波器的体积;原边开关器件可实现宽范围零电压开通;副边开关器件可实现零电流关断.分析了电路的工作原理及软开关特性,并进行了比较及实验研究,实验结果表明该电路工作原理正确,能够正常工作. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

关键词： 特高压直流输电   隔离开关   电场仿真   优化设计  

摘要： 特高压直流输电具有距离远、容量大、损耗低的优势,直流隔离开关作为直流输电的重要设备,其设计制造水平对整个系统的可靠性有着重要的影响。随着电力系统电压等级的提升,对电气设备的电晕放电,无线电抗干扰能力,以及外绝缘的要求更为严苛。因此对特高压直流隔离开关进行优化设计,使其满足直流工程的要求成为了当务之急。本文结合隔离开关的冲击放电试验和电场仿真分析,对特高压直流隔离开关进行了优化设计,本文研究的主要内容如下:本文根据电磁场中静态电场的计算仿真方法和有限元方法理论,利用Soildworks 软件建立±800kV 和±1100kV 隔离开关模型,结合 Comsol Multiphysics多物理场仿真软件对±800kV和±1100kV隔离开关的电场分布进行了仿真分析,得到其电场强度分布基本情况。在此基础上,对±11OOkV双均压环结构的隔离开关进行了操作冲击放电试验,检验其外绝缘特性是否满足要求,场强最大点和频繁放电位置基本一致。结合电场分析结果和操作冲击试验结果对±800kV和±1100kV隔离开关端部金具进行了优化。通过对特高压直流隔离开关的端部金具参数的改变,研究了均压环环径、管径、屏蔽深度及断口距离对隔离开关电场分布的影响。±800kV隔离开关通过缩短断口距离,增加均压环屏蔽深度以降低放电概率;±1100kV隔离开关将原有的双均压环结构改为全包裹的球形以改善电场分布,提高绝缘水平。为检验优化效果,本文对优化后的±1100kV隔离开关进行操作冲击放电试验,试验结果表明,蘑菇头结构的全包式屏蔽罩能够满足要求。±1100kV换流站多为户内换流站,需要验证隔离开关肘节顶部和阀厅顶部之间到的安全距离,本文通过采用肘节对地间隙放电的方法模拟隔离开关肘节对阀厅顶部的放电试验。最后根据仿真和试验结果给出了特高压直流隔离开关端部金具优化的推荐尺寸。本文利用操作冲击放电试验和仿真分析结果对特高压直流隔离开关端部金具的参数形状进行了优化,并验证了优化效果,使其满足特高压直流输电的要求。本文研究内容对提高我国直流隔离开关制造水平,以及特高压直流输电工程的建设具有一定的指导作用。

关键词： 开关设备   交直流   高压断路器  

摘要： 各有关单位:为提高高压开关行业、电力运行部门等从事设计、制造、试验、运检和抽检相关专业人员的技术水平,西安高压电器研究院有限责任公司和中国高压电器网联合中国电工技术学会输变电设备专业委员会和中国电机工程学会变电专业委员会共同举办"2019高压交直流开关设备技术培训研修班"专题培训会议。参会对象为高压开关行业、电力运行部

关键词： DC-DC变换器   Boost变换器   开关电感   磁集成技术   电压增益   交错导通  

摘要： 随着全球性的能源危机和环境污染问题的日益严峻,新型可持续能源的发展取得了令人瞩目的成就和经济效益。随着新能源研究在全球范围的推广,许多高等院校和科研院所对怎样提高直流变换器的电压增益和效率进行了大量的研究,而非隔离高增益DC/DC变换器一直是研究的热点之一。本文对DC-DC变换器的主要技术进行了研究,提出了一种新型磁集成交错串联Boost变换器。文章首先对传统Boost变换器进行了理论分析,得到了其一种等效电路;然后进行组合得到一种具有两个开关的新型变换器;两个开关具有同时导通关断和交错导通两种工作方式。当两个开关管工作在交错导通状态时,具有较好的电气性能,因此当开关管工作在交错导通状态下得到了本文所提的交错串联Boost变换器。分析了交错串联Boost变换器电感分立状态下的工作模态、开关管应力和电感电流纹波。然后将两个输入电感进行磁集成得到磁集成交错串联Boost变换器,分析了其工作模态、开关管应力,着重分析了其各模态等效电感、等效态电感、等效暂态电感并给出了变换器耦合电感设计准则,并通过仿真进行了验证。将LDL开关电感应用于交错串联Boost变换器,得到基于LDL开关电感的交错串联Boost变换器,分析电感分立状态下的工作模态、开关管应力和电感电流纹波。然后将变换器中的四个电感进行磁集成,得到基于LDL开关电感的磁集成交错串联Boost变换器,分析了其工作模态、开关管应力,着重分析了其各模态等效电感、等效态电感、等效暂态电感并给出了变换器耦合电感设计准则,并通过仿真进行了验证。并根据耦合电感设计准则,设计了“EE”形磁集成磁芯。本文讨论了四种变换器,给出了两种耦合电感设计准则,设计了一种磁集成磁芯。通过PISM仿真对变换器进行仿真验证理论的正确性。最后制作实验样机对理论分析进行验证,实验中采集了两种不同耦合方式的电感电流波形、输出电压波形、主要开关管电压应力波形,证明了电路分析与磁件设计的正确性且满足精度要求。该论文有图40幅,参考文献58篇。

关键词： FPGA   软开关   逆变器   弧焊电源  

摘要： 逆变式弧焊电源具有节能高效、重量轻巧、功率因数高等众多优点,是一种发展前景广阔的弧焊电源。对于逆变弧焊电源的控制方法,其经历了由模拟电路控制到数字化控制方式的转变。由于数字化的逆变弧焊电源更具有市场竞争力,因此研发全数字化的逆变弧焊电源具有很大的社会和经济价值。本课题以美国Xilinx公司Artix-7系列FPGA作为逆变弧焊电源的控制核心,设计了全数字化、高集成度的逆变弧焊电源。通过查阅文献资料,全面了解了数字化逆变弧焊电源的发展现状,并重点研究了软开关逆变技术的发展以及现场可编程门阵列FPGA的应用。研究了两种全桥变换器的软开关逆变技术,并选用有限双极性控制方法,实现了逆变器开关器件的软开关操作和基于FPGA的逆变器PWM脉宽调制控制方法。分析了定点小数与浮点小数各自的特点,实现了小数在FPGA中的计算。通过研究双闭环PID控制原理,实现了逆变弧焊电源的恒压外特性。对控制系统展开了软硬件设计,如电源模块、模数转换模块、逆变器驱动模块等,并对逆变弧焊电源系统进行了测试与分析。测试结果表明,控制系统的各模块工作正常,逆变弧焊电源恒压外特性实现效果良好。研究成果能够为下一代全数字化高端逆变焊机的发展奠定基础,创造更多的经济和社会价值。

关键词： 转换开关   直流电阻   工作效率   作业风险  

摘要： 根据预防性试验规程和作业指导书的要求,需要定期对变压器进行直流电阻测试。原有变压器直流电阻测试仪在测试变压器直流电阻时,需对A、B、C三相分别在变压器不同档位下进行测试,该试验需要频繁换线,费时费力,工作效率低,作业风险大。针对此问题,设计了一种变压器直流电阻测试仪转换开关,大大减少了试验换线,提高了工作效率,降低了作业风险。

关键词： 高压直流输电   高频开关电源模块   降温策略   半导体制冷   智能传感器  

摘要： 针对高压直流输电工程换流站内低压直流系统高频开关电源模块运行情况,对目前换流站常用的许继电源、奥特迅、白云电器等厂商的高频开关电源模块降温系统运行设计原理及运行工况进行研究,分析总结高频开关电源模块故障或异常高发的根本原因。针对换流站高频开关电源模块的运行工况,克服当前中存在的风冷式、自冷式高频电源模块风扇故障率高、高频电源模块维修更换费用昂贵、高频电源模块过热不易发现等问题,提供一种最优的高压直流输电工程低压直流系统高频开关电源模块的降温策略,提高降温效率和低压直流系统的设备稳定性,以确保换流站二次设备运行更加安全可靠。重点介绍一种基于半导体制冷的高频开关电源模块,使用半导体制冷片结合风扇或散热片组成制冷组件,提高降温效率,并增加带有告警节点的智能互感器,当模块温度过高或风扇故障时,传感器告警节点闭合,向后台输出异常告警信号。

关键词： 模块化多电平换流阀   损耗计算   谐波分析   线性加权权重   遗传算法  

摘要： 柔性直流输电系统一般采用模块化多电平MMC(modular multi-level converter)换流阀,换流阀开关频率的大小与系统损耗及交流侧谐波含量密切相关。推导了MMC开关频率与系统损耗及开关频率与柔性直流输电系统交流侧谐波含量的数学表达式;分析了MMC开关频率对系统损耗及交流侧谐波的影响规律。在此基础上,为了兼顾柔性直流输电系统的损耗和电能质量,采用遗传算法对开关频率进行了优化设计,根据工程经验对不同的优化目标赋予权值,根据国标要求设置了谐波和损耗的约束条件。仿真算例分析表明,采用优化的开关频率进行MMC变流控制时,柔性直流输电系统具有更佳的性能。