关键词： 升压变换器   软开关   PFC   磁能恢复开关  

摘要： 随着电力电子技术的发展,电力电子装置如开关电源,不间断电源等在生活中随处可见,由此而产生的电网谐波问题受到广泛的关注,功率因数校正技术(Power Factor Correction,PFC)因其能减少开关电源等电力电子装置对电网的谐波污染,和提高输入侧的功率因数而成为研究热点之一。本文主要研究的是基于磁能回复开关(Magnetic Energy Recovery Switch,MERS)软开关直流变换器及其在单相功率因数校正方面应用,文中拟建一种新型的高增益、高效率的boost变换器拓扑—MERS-boost变换器,仿真验证了 MERS-boost变换器的软开关特性,并通过理论计算和仿真,将其电压增益特性与传统boost变换器进行对比分析;针对基于MERS-boost变换器的工程应用——MERS PFC电路,而提出一种新型的数字控制方法,仿真和实验验证了该算法的正确性和MERS PFC电路的软开关特性。本文首先介绍直流变换器、软开关技术和功率因数校正技术的发展现状,随后,对功率因数校正技术的基本概念、PFC的基本拓扑和常见的控制方式,做一简单的描述。接着介绍了 MERS结构及其软开关工作特性,详细分析了基于MERS软开关的boost变换器(MERS-boost变换器)的拓扑结构和工作原理,仿真验证了MERS-boost变换器的软开关特性,并将其与传统boost变换器的电压增益性能进行对比分析。然后介绍了基于MERS-boost变换器的工程应用——MERS PFC电路,运用PSIM仿真软件,搭建了基于平均电流型控制和单周期控制的单相MERS PFC电路的仿真模型,仿真结果验证了MERS PFC电路的软开关特性,和采用这两种控制能较好的实现功率因数校正的功能。文中指出了这两种模拟控制方法的优缺点及直接用于数字控制的不足之处,针对MERS PFC电路提出一种无电流传感器的占空比预测的数字控制方法。文中详细分析了该控制方法的原理,并运用PSIM仿真软件,搭建占空比预测控制的MERS PFC电路的仿真模型,仿真结果验证了该控制方法的合理性,及其良好的动稳态性能。最后,文中详细的介绍了基于DSP-TMS320F2812数字控制的MERS PFC系统的实现,包括主电路的参数选择、整个控制系统软件部分和外围电路进行的设计,从样机实验结果分析,占空比预测控制MERS PFC电路较好的实现了,输入电压和输入电流近似同相位的功率因数校正的功能,同时实验结果验证了MERS PFC电路的软开关特性,并从理论上将MERS PFC电路与传统的boost PFC电路的效率进行对比分析。

关键词： 不同容量   直流开关电源   并联运行   负荷分配  

摘要： 将直流电源并联连接能够减少单个电源所承受的应力、增加可靠性、易于管理维护等。因此有多个电源单元并联组成的直流电源系统被广泛应用于在需要大电流的大功率场合中。针对多个容量不同的直流电源并联运行的电源系统,本课题基于最大均流法的思想,设计了一种用于实现负荷电流在各个电源单元之间按照容量大小分配的负荷分配电路,并在此负荷分配电路的基础上设计相应的控制方法。此外,对于并联电源系统,通常希望其易于容量拓展。因此,基于负荷分配电路和相应的控制方法,对热投切性能进行研究。分别针对柔性并列和柔性解列过程,设计两种适用性不同的实现方法:一种结合负荷分配电路只利用硬件合理操作实现,称为母线操作法;另一种是通过软件调整的方法实现,程序中成为改变基准电流信号的方法。在Matlab/Simulink仿真环境下搭建由三套电源单元并联组成的并联电源系统,对所设计负荷分配电路及相应的控制方法进行仿真验证,结果表明了所设计的负荷分配电路及控制方法,能够实现负荷电流在不同容量的电源单元之间按照容量大小合理分配。在此基础上,对所设计的的热投切方法进行仿真验证其可行性。最后,在完成理论研究和仿真验证的基础上,对所设计的电源系统进行硬件实现的设计,最终完成了一套由三个基于DSP控制的电源单元并联组成的直流电源系统的实验平台搭建。编写相应的软件程序,对所设计的负荷分配电路和控制方法、以及热投切性能进行实验验证,最终验证了所设计的理论的可行性。

关键词： 高压开关柜   继电保护   改进方案  

摘要： 高压开关柜当中存在着大量的安全隐患问题,若不能够及时予以处理便会导致开关柜中的各项配件受损,并引发跳闸保护现象。因此就必须要采取继电保护方案,来实现对直流状态下的控制电源达到良好的控制效果。本文就对电源故障及电机启动故障展开了具体分析,而后进一步就提出了安装继电保护、接纳零序保护、设置出接地框架等改进方案。

关键词： 非隔离   DC/DC   高增益   有源开关电感   拓扑  

摘要： 在当前能源危机日益加剧和环境污染愈演愈烈的双重压力下,由太阳能、风能等清洁能源替代传统化石能源的开发和电能替代化石能源的直接消费是解决当前问题的根本途径。在实际应用中由于光伏电池、燃料电池等单体发电单元的输出电压相对较低且具有一定随机波动性,系统中需要一种高增益、高效率的直流升压变换器来实现直流电压等级的提升以满足后级逆变器输入侧的需求。除此之外,包括电动汽车的动力系统、不间断电源和阴极射线管显示器系统等诸多工业应用场合均对高增益,高效率的直流升压变换器有着广泛需求。而传统Boost升压变换器由于自身拓扑结构限制在输入输出相差六倍及以上的场合中已难以胜任,基于此,本文针对有源开关电感网络的高增益直流升压变换器展开研究。首先,论文对国内外非隔离型直流升压变换器的研究现状进行了详细综述,分析总结得出具备电压增益高、开关器件电压应力小、能量转换效率高和拓扑延展性好等特点的直流升压变换器将成为今后该类变换器研究方向的结论。然后,论文对有源开关电感网络的构建方法与升压思路进行了阐述,将有源开关电感网络与传统Boost变换器相结合得到研究学者已提出的一种基本有源开关电感升压变换器拓扑,分析了其在电感电流连续导电模式下的工作原理,并将其与传统Boost变换器在电路特性方面进行了分析对比和仿真验证。理论分析和电路仿真结果表明基本有源开关电感升压变换器的电压增益较传统Boost变换器相比虽有小幅提升,但其输出二极管的电压应力增大,系统损耗随着增加。其次,针对基本有源开关电感直流变换器升压能力依然有限且输出二极管电压应力过大等不足,本文提出一种有源开关电感和开关电容的高增益升压变换器,该拓扑利用有源开关电感和开关电容单元的双重升压,能够有效提升变换器的电压增益并且减小开关器件的电压应力。详细分析了连续导电模式和断续导电模式下所提变换器的工作原理和电路特性,并对理论分析结果进行了仿真验证,结果表明该变换器能够正常工作且具备上述优点。基于该拓扑的结构拓展,本文又分别提出了多个开关电容单元串联和并联的多级升压变换器拓扑,从而进一步提升了电压增益,拓展了变换器的应用范围。最后,针对第三章所提出的有源开关电感和开关电容升压变换器在拓扑多级拓展时存在元器件数量过多的缺点,本文在保留其原有优势的基础上提出一种有源开关电感和DCM(Diode-capacitor multipliers)单元组的高增益升压变换器拓扑,分析了其具体的工作原理和电路特性,并与研究学者已提出的同类高增益升压变换器在多项性能方面进行了对比,结果表明所提拓扑具有一定优势。同样推演出多个DCM单元串联的多级升压变换器拓扑结构,并对所提变换器采用状态空间平均法进行了数学建模和单电压闭环控制器的设计,搭建了实验原理样机对所提拓扑的工作原理和电路特性理论分析进行了验证,实验结果证明了理论分析的正确性。

关键词： 1500V直流开关柜   故障分析   断路器跳闸  

摘要： 针对西安地铁二号线运营五年多来,供电系统1500V直流开关柜常见的各类故障,进行总结和归类,并提出相关处理方法和预防措施,为后续线路直流开关柜可靠运行和故障处理提供经验。

关键词： 绕组连接方式   正弦激励   矢量控制  

摘要： 开关磁阻电机作为双凸极电机,其作为电动使用的时候,只能半周出力的问题是双凸极电机固有的缺点。为了使双凸极电机可以全周出力,国内外开始研究具有直流励磁绕组的开关磁阻电机。虽然国内针对具有直流励磁绕组的开关磁阻电机的方波控制已经趋于成熟,但是,对于正弦波控制的具有直流励磁绕组的开关磁阻电机都还处于探索阶段。本文主要针对具有直流励磁绕组的开关磁阻电机进行一些探索性的分析与研究。根据对具有直流励磁绕组的开关磁阻电机的数学模型分析,从而分析其控制方式间的不同。提出本文所使用的具有直流励磁绕组的开关磁阻电机的控制方法:正弦波驱动的具有直流励磁绕组的开关磁阻电机。通过电磁仿真对开关磁阻电机的不同绕组连接方式进行分析,比较出具有直流励磁绕组的开关磁阻电机的转矩输出能力相比于传统的开关磁阻电机的控制方式有一定的提高;通过提高直流绕组中电流的大小,可以有效的提升整体输出的平均转矩;当交流绕组中流过电流的周期以及幅值一定时,可以通过提升直流绕组中的电流,使得输出的平均转矩为正值。提出了一种根据具有直流励磁绕组的开关磁阻电机的数学模型建立其simulink电机本体模型的方法,建立其simulink矢量控制系统,并分析如何将矢量控制应用于具有直流励磁绕组的开关磁阻电机,对其进行调试及分析,仿真结果表明矢量控制可以应用于具有直流励磁绕组的开关磁阻电机,并可以实现调速。以DSP28335为主芯片,搭建了具有直流励磁绕组的开关磁阻电机矢量控制系统硬件部分的电路。并根据simulink分析的将矢量控制应用于具有直流励磁绕组的开关磁阻电机的方法,通过软件程序实现。同时观测了其输出的电流波形,其结果验证了仿真的正确性。

关键词： 高温   平面   变压器   大功率   开关电源  

摘要： 传统开关电源的体积大,可以承受的工作环境温度低,一般最高的温度也在100℃左右,开关电源的核心器件是变压器,其在开关电源的所有器件中占主导地位,由于高频产热,更是增加了系统的不稳定性。使用直接敷铜的氧化铝陶瓷基板的高温平面变压器可以很好的解决传统开关电源变压器目前面临的技术难点。本文以开关电源为技术背景,研究应用于大功率直流开关电源的高温平面变压器的设计与实现,设计一款可以实现高温和高功率密度的平面变压器,主要从高温平面变压器的设计与实现和高温平面变压器的有限元仿真两个方面进行研究。本文完成的主要工作如下:在高温平面变压器的设计中,首先讨论了变压器的磁芯材料和磁芯结构,结合本次设计的技术指标,选择可以耐高温的磁芯材料铁镍钼磁粉芯和平面E型磁芯。根据印刷电路板式绕组的温度等级,选择可以承受高温的氧化铝陶瓷作为印刷电路板的基板,将变压器的绕组走线直接布在陶瓷基板上。接着通过分析变压器的几种等效电路模型,选择合适的等效电路模型进行变压器的设计,最后根据AP值法计算制作变压器的磁芯大小和线圈匝数等参数。根据上述对高温平面变压器的参数计算,制作符合设计规格的线圈绕组,并详细阐述所设计的高温平面变压器的整个实现过程。使用有限元仿真软件进行高温平面变压器的仿真,包括电磁仿真和温度场仿真。首先详细分析了电磁场理论和有限元原理,之后使用ANSYS Maxwell软件对平面变压器进行静磁场和瞬态场的仿真,查看得到的平面变压器的电感和损耗等参数。最后使用ANSYS Workbench对高温平面变压器进行温度场的仿真,查看高温平面变压器的温度分布情况,以确定所设计的高温平面变压器可以达到需要的温度等级。实验与仿真结果表明,本文设计的高温平面变压器具有高功率密度、温升低、漏感小等特点,符合设计要求,基本满足大功率直流开关电源的需求。

关键词： 直流断路器   串联谐振   断续模式   恒流充电  

摘要： 法国格勒诺布尔强磁场实验室捐赠的爆炸式直流断路器具有开断能力强、可靠性高等优点,可作为保护开关投入电源系统使用。为了使该断路器开关能够在电源系统中正常工作,需要重新为其研制充电及控制系统。基于电容器充电电源的研究现状,本文选择了高频LC串联谐振变换器作为断路器开关中储能电容器充电电源的拓扑电路。通过对串联谐振式充电电源的工作原理进行理论分析,得出在电流断续工作模式下,充电电源工作在零电流开关状态,且在开关频率和直流母线电压保持不变时,平均充电电流保持恒定,即在开环情况下能够实现恒流充电。在根据理论推导的结论对电路参数进行设计后,通过PSIM仿真验证了结论的正确性和参数的合理性,并重点分析了开关频率与谐振频率的比值和变压器分布电容对串联谐振电路工作特性的影响。结合设计的电路参数及爆炸式直流断路器开关对充电电源的性能要求,完成了充电系统中主电路的具体设计及元器件选型,以及以MC33066高性能谐振变换控制芯片为核心的控制电路设计,实现了驱动脉冲信号的产生、电压和电流信号采集及显示、软启动、过充保护和系统的故障保护等功能。同时完成了基于S7-300PLC的控制系统设计,并对系统控制流程进行了详细的介绍。最终通过多组充电实验,对研制的样机进行了性能测试。测试结果表明充电电源样机能够满足设计要求并安全稳定运行。

关键词： 高压电源   级联拓扑   推挽软开关   低纹波  

摘要： 高压直流开关电源具有效率高、体积小、响应快、安全可靠等优点,因此被广泛应用于医学X光机、空间行波管和电子加速器等工程技术以及实验研究中。论文中对比分析了国内外目前在高压直流开关电源的研究现状,在已有的高压直流开关电源设计方案上,提出一款高变比,低纹波的高压直流开关电源。本文主功率电路采用级联式拓扑实现功率的传输,利用Buck级联推挽及倍压整流电路的方式进行升压。通过级联拓扑解决单级拓扑在占空比变化时对变压器产生噪声干扰的问题。论文对整个主功率拓扑的工作过程进行了细致的分析,建立了小信号模型,为控制回路的稳定性分析提供理论依据。论文分析了影响推挽变换器开关管尖峰电压的因素,指出了尖峰电压过高是由于变压器的寄生参数过大的原因。并以此为基础,提出了利用谐振电容将变压器漏感能量泄放的方案,实现推挽开关管ZVS、ZCS软开关,从而达到降低尖峰电压的目的。搭建了相应的仿真以及实验平台,验证了软开关电路的可行性。针对半波倍压整流电路输出电压纹波较大问题,分析了低压情况下利用线性稳压源降低输出纹波的工作原理,指出了其存在的纹波抑制作用不明显问题。进而给出了高压情况下利用线性稳压源来抑制输出纹波的方案,通过悬浮在高压端的线性稳压源降低输出纹波,维持输出电压的稳定。设计了高压纹波测量电路,实验结果验证了该方案的稳压和输出纹波抑制效果。本文针对所设计的高压直流开关电源稳定性进行了理论分析和推导,设计控制回路的补偿网络,提高系统的稳定性。在上述理论基础上,研制了实验样机,实验结果验证了电路的正确性。

关键词： 海上风电场   风电场并网   同步机   直流断路器   直流开关   江苏东台   升压站   并网发电   柔性直流输电   单位容量   数字化工厂  

摘要： 我国单位容量最大海上风电场并网近日,鲁能江苏东台200 MW海上风电场成功并网发电,这是我国单位容量最大、离岸距离最远的海上风电项目。东台风电场的并网,标志着我国海上风电从小规模试验示范向规模化发展。