关键词： ITER   直流隔离开关   故障抑制能力   短路试验   试验方案  

摘要： 基于ITER极向场变流器系统,分析了直流隔离开关短路故障,提出ITER直流隔离开关短路试验要求。基于中国科学院等离子体物理研究所直流测试平台,为ITER直流隔离开关短路试验设计了先建立直流电压再闭合短路开关的后短路试验方案,包括选取变压器档位、计算试验电流所对应的直流电压等内容。通过仿真和试验验证了试验方案的可行性,试验结果证明了直流隔离开关对短路故障的抑制能力满足ITER极向场变流器运行要求。经分析计算,350kA试验电流需要直流电压270V。在试验中,预设直流电压270V时,试验电流达不到350kA,将预设直流电压提高到300V后,试验电流峰值达到362.5kA,且超过350kA的部分达到100ms。实际预设直流电压比理论计算值大30V,这是电网电压的波动造成的。

关键词： 直流输电   直流转换开关   直流旁路开关  

摘要： 为了适应直流输电的快速发展,设计开发了相应的直流转换开关和直流旁路开关设备,目前已经在国内大量应用。本文介绍了这种直流开关设备的工作原理、结构参数及应用等有关内容,该产品的开发及应用将为我国直流输电的发展做出重大贡献。

关键词： 双向可调   广适   开关电源   同步整流  

摘要： 采用两个逆变桥,通过双向同步变压器相连接,实现电路复用,并利用触发脉冲产生电路产生的触发信号或正弦波触发电路产生的触发信号,经过切换电路的功能转换,可实现双向DC/DC功能,或实现双向正弦波逆变,能够满足多种用电条件,从而达到一机多用的目的。

关键词： 三电平   开关–电容网络   构造法   输入、输出电流连续   四阶变换器  

摘要： 三电平(three-level,TL)技术的应用可使开关器件的电压应力降低一半,并且能有效减小滤波器的体积和重量。然而,对三电平变换器的构造方法的讨论鲜见报道。为此,提出了一种基于开关–电容网络的三电平直流变换器简易构造法。该方法适用于所有的单管非隔离变换器。首先,给出了开关–电容网络的定义,并介绍了提取或构造开关–电容网络的基本方法;其次,以Buck-Boost变换器为例,阐述了基于开关–电容网络构造三电平直流变换器的基本步骤;然后,采用该构造法推导出输入、输出电流均连续的四阶三电平直流变换器族,并对其中的Superbuck三电平变换器的工作原理和特性进行了分析;最后,通过100W/100kH z的原理样机,对理论分析的正确性进行了实验验证。

关键词： 多输入变换器   开关电容   能量管理   模式切换   充电损耗   效率评估  

摘要： 提出基于开关电容的双输入直流变换器拓扑。当可再生能源正常发电时,输入源串联供电,系统具有较高的可再生能源利用率;当可再生能源不能发电时,后备电源与可再生能源端口处的电容联合供电,可提高系统的容错性和灵活性。该拓扑利用开关电容升压,减小后备电源的额定电压等级,改善系统的动态性能,简化磁设计。基于变换器的工作原理及能量管理控制方案,分析开关电容的充放电特性并进行了充电损耗计算。实验结果验证拓扑的可行性及其控制方案的正确性。

关键词： 降压斩波电路   PWM波   过流保护  

摘要： 本作品采用LM5117作为主控制器产生PWM波控制CSD18532KCSMOS管形成开关电源,经过LC电路滤波、外围降压斩波电路作用以及电压反馈电路的共同作用,最后得到所需的直流稳定电压/电流。本作品具有电压调整率低、负载调整率低、输出噪声纹波电压低以及整机效率较高等优点,并具有过流保护功能。

关键词： 开关直流电源   高频大功率变压器   Ansoft Maxwell仿真   3D热分析   增量式PI控制  

摘要： 随着开关电源技术的不断发展,电力电子器件的性能不断提高,使得开关电源的转换效率与可靠性越来越高,日渐成熟的数字化控制系统使其应用越来越广泛。为了满足工业实际应用对于电源系统小型化和智能化的需求,开关电源的研发逐渐趋于模块化和数字化的方向。本文介绍了一种大功率高压开关直流电源设计方案,该电源基于模块化思想完成了电源硬件电路设计,以Ansoft仿真和Ansys Maxwell仿真来实现高频大功率变压器的优化设计,并以DSP处理器为控制核心实现了数字化电源控制系统。本文主要从以下几个方面开展了设计与研发:1、针对10KV/3A直流开关电源的实现方案进行了分析,完成了开关电源的电路系统设计,从原理上分析了主要元器件的选型依据及硬件电路组成,并阐述了其工作原理及特点。2、明确了开关电源中高频大功率变压器的设计难点,分析了它的等效电路与磁芯材料的选择,并对其参数与损耗计算进行了理论分析,然后以计算机仿真分析为基础,建立了变压器设计的仿真流程。通过Ansoft软件建立了变压器的3D模型,通过高频变压器3D仿真实例介绍了Ansoft变压器磁分析的仿真设计流程,最后通过Ansoft磁分析与Ansys热分析耦合实现了变压器的散热分析,从而完成了变压器的优化设计。3、基于TI公司DSP控制器TMS320F2809,实现了反馈控制回路的硬件设计和软件开发,主要完成了基于分布式设计的温度保护控制以及基于增量式PI算法的移相全桥控制方案。最后以实际控制模块为基础,设计了电源控制系统的调试流程,完成了电源系统的调试。

关键词： 直流隔离开关   通流能力   电触头   接触电阻  

摘要： 大电流直流隔离开关是ITER变流器电源系统中的关键电气设备,同时也在电解铝等电解行业中发挥着不可替代的作用。大电流直流隔离开关的性能关键在于其通流能力,而开关接触部位的温升会极大限制开关的通流大小。现有的直流隔离开关往往通过增大开关通流截面积的方式减小开关的温升,这会导致开关体积过大,造成开关安装维修成本增加以及导体材料的浪费。隔离开关的温升过大根本在于接触电阻过大,以及多触头并联结构的均流效果不好。本文将从制约开关通流能力的关键问题出发,设计提出新型的隔离开关触头,并在新型触头的基础上提出高载流能力的新型直流隔离开关。本文首先针对现有的大电流直流隔离开关存在的单触头通流能力不强、多触头并联结构均流性能不佳等不足,提出了新型的圆型和环型触头结构。对新型触头接触形式进行了改进设计,并且配备了基于弹簧的自适应结构,理论上能够保证隔离开关的均流性能。其次,本文设计了新型触头接触特性测试系统,并加工触头样品测试了触头接触电阻大小,通过与刀片式触头的对比验证了新型触头具有更小的接触电阻。本文测试研究了新型触头接触电阻特性,通过测试结果掌握了触头的性能特点,对触头的优化设计和实际应用有重要参考意义。论文对多触头并联结构的均流性能进行了测试,测试结果表明新型触头结构的均流性能良好。最后,本文结合ITER变流器电源系统中的直流隔离开关设计输入,初步设计提出了基于新型触头结构的直流隔离开关。通过稳态热仿真分析验证了开关温升在标准限值范围内,开关动稳定性仿真分析验证了开关能够承受短路瞬态的电动力,开关结构仿真和绝缘校核仿真分析验证了开关的结构满足结构和绝缘水平设计需求。

关键词： 风力发电   非并网风电   开关磁阻发电机   直流负载   有限元分析   最大风能跟踪  

摘要： 风力发电是一种灵活机动、安全可靠的发电方式,但风能的波动、随机性,使得风电并网的应用受阻,导致弃风限电现象严重。为避免这类现象继续恶化,国内专家提出了非并网风电应用,即将风能直接应用于高耗能直流负载,不仅可平抑风电对电网的冲击,也能提升风电资源的利用率,使风电成本降低。开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,简称SRG)作为一种新型特种发电机,具有成本低、构造简单、适应恶劣环境等特点,在风力发电领域极具潜力,相应的研究也越来越多。若将SRG用于为高耗能直流负载供电,无需逆变单元,可简化风电设备,推动风电产业快速发展,带来很大的经济效益。本文首先介绍了开关磁阻发电机的发展现状,分析了三种高耗能直流负载特性,提出将开关磁阻风力发电机用于为此类负载供电,其次针对此类负载特性确定发电机的额定参数并对电机本体进行了初步设计,以提高SRG发电效率为目的,通过MathCAD计算软件和Ansoft Maxwell 16.0有限元仿真,对电机尺寸参数进行了计算和优化,以及开关磁阻发电机内部电磁场的有限元分析。最后基于Matlab软件建立了风力机模型,研究风力机的功率特性;针对开关磁阻风力发电机及其系统建模,研究最大风能跟踪的几种常规控制方法,建立基于直流负载的开关磁阻风力发电系统的仿真模型,结果表明开关磁阻风力发电机满足此类负载的供电要求以及该发电系统的可行性。

关键词： 无刷直流电机   软开关   STM32   LabVIEW  

摘要： 无刷直流电机由于具有寿命长、噪声低、启动转矩大、可靠性高、稳定性好等优点,在各种高性能驱动系统中得到广泛的应用。在以环保低碳为主流的当今社会,电动车辆越来越多的走向市场。无刷直流电机作为电动车辆的动力源泉,对它的研究是近年来电力电子与电力传动领域的一个热点。无刷电机的损耗包括电机本身的损耗和驱动电路的损耗两部分。本文针对驱动电路中硬开关逆变器产生较大开关损耗的问题,提出了一种应用软开关降低无刷直流电机驱动电路损耗的方法,以进一步提高系统的运行效率。本文采用STM32F407ZGT6芯片作为微控制器,该芯片是一款低功耗的32位微处理器,有着强大的数据处理能力。首先,本文分析了无刷直流电机的工作原理和工作特性,并对数学模型进行了简单的推导,并在Matlab/Simulink中搭建了无刷直流电机模型,得出电机相电压、相电流、转速和转矩的曲线图。其次,对四种软开关逆变器进行了分析对比,选择了直流环节并联谐振逆变器(Parallel Resonant DC Link Inverter,PRDCLI)型软开关逆变器作为本文的研究对象。然后详细分析了该种软开关逆变器结构的工作原理与工作过程,通过选取合适的仿真参数,对简化电路进行了仿真,验证了理论的正确性。并研究了软开关技术与无刷直流电机的控制相结合的方法,给出了桥臂功率管零电压通断的实现过程。最后,设计了控制电路和功率主电路的原理图,完成硬件电路的调试和软件程序的编写,实现了桥臂功率管的零电压通断。以虚拟仪器LabVIEW软件作为上位机软件平台,进行监测界面的设计,数据通信与采集设计等,提高了系统调试的效率。测试结果表明,本控制系统的硬件电路和软件设计是合理的,满足本设计要求,电机运行效率提高了6%左右。