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电工技术学报 2013年第04期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论

考虑磁致伸缩效应电力变压器振动噪声的研究1-6

摘要：硅钢片磁致伸缩是电力变压器产生振动噪声的主要原因,本文利用能量变分原理,建立了考虑电力变压器铁心磁致伸缩效应的三维磁-机械强耦合数值模型,应用有限元计算了三相三柱干式变压器空载条件下的磁场分布和铁心振动位移;在此基础上分析了铁心周围的声场分布。为了验证模型,对变压器铁心的振动和噪声分别进行了实验研究。理论计算与测量结果的比较证实了该强耦合模型的正确性,为在设计阶段计算变压器振动噪声大小、分布和寻求新的降噪措施,提供了理论依据和计算方法。

ITER装置超导磁体线圈导体用超导电缆的绞制7-12

摘要：超导磁体系统是国际热核聚变实验堆ITER装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC（cable-in-conduit conductors）导体绕制而成。本文介绍了CICC导体的结构及其管内超导电缆的绞制过程,讨论了绞制参数对超导电缆交流损耗的影响。分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,第1、2级子缆绞制过程中绞制单元收、放线张力需要实时精准控制以避免绞线单元发生伸细甚至拉断现象,成品超导电缆绞制时的模具设置、模具数量和外径控制方法是超导电缆绞缆的关键,需要多种、多个模具多种组合外径控制方式,确定了超导电缆绞制技术方案,并成功完成了一根长度为765m PF5型哑缆（dummy cable）研制。

无极灯系统的建模与分析13-19

摘要：作为一种高光效、长寿命电光源,无极灯系统由作为供电电源的电子镇流器和发光泡体组成,电子镇流器的输出特性和发光泡体的阻抗特性之间存在着复杂的相互关系,共同决定了无极灯系统的启动速度和发光效率等性能。为了对无极灯系统进行建模与分析,本文首先搭建实验平台,对2.65MHz下发光泡体的阻抗特性进行了测量;其次,本文基于无极灯电子镇流器的电路拓扑,结合发光泡体的阻抗,通过数值拟合建立了电子镇流器串联谐振并联负载输出级参数与输出电压之间的关联数学模型,并对电子镇流器输出级的基本状态变量进行了分析,联立相应的边界条件得到了电子镇流器输出电压和电流的解析表达;最后,对电子镇流器输出电压进行了数值计算、Pspice仿真和实验验证,三者结果基本吻合,验证了所建系统模型和分析结果的准确性。

基于分数阶微分理论的宽频建模方法20-27

摘要：开展电力、铁路、通信系统电磁兼容以及过电压的抑制与防护等问题的研究往往需要依据电气设备、传输线路、接地系统等的网络参数建立其电磁暂态宽频计算模型。由于电磁暂态计算需要考虑的频带较宽,必须计及建模对象网络参数的频变特性,针对此问题,目前被广泛采用的方法为矢量匹配法,但该方法是利用整数阶有理函数对频变参数进行逼近,未能充分考虑网络参数频变效应固有的分数阶次幂特点,从而导致逼近结果的阶数较高,建立的模型较为复杂。本文基于分数阶微分理论,结合分数阶拟合方法和分数阶微分方程的数值解法,提出了一种通用的宽频建模方法,该方法仅需较低的拟合阶数就可以获得较好的计算精度。同时,本文对分数阶系统的无源性进行了深入讨论,提出了一种适用于分数阶电路的无源性判据,丰富了分数阶电网络理论。

电工技术学报杂志高电压

基于Kerr效应法的油纸复合绝缘交直流复合电场测量28-34

摘要：油纸复合绝缘作为换流变压器阀侧绕组的主绝缘形式,在正常工况下同时承担着交、直流复合电压,阀侧绕组的电场分布比普通电力变压器更为复杂,而目前的仿真研究均缺乏有效的试验验证。本文基于变压器油的Kerr效应,搭建了油纸绝缘结构下光学空间电场的二维测量平台,实现了变压器油中电场的在线分布式测量。针对双层纸板的交叠绝缘结构,实际测量不同交直流比例电压下,交、直流电场的分布特性。试验结果表明：①交流电场分布具有明显的结构对称特性,且油中各处交流电场与外施交流电压保持线性关系。②直流电场分布不具有对称性。在正极性直流电压下,纸板覆盖上电极的单层纸板区域电场远小于纸板覆盖下电极的单层纸板区域,且直流电场强度不随外施直流电压线性增长。不同位置处空间电荷积聚的差异是直流电场分布非对称性的主要原因。

电工技术学报杂志变换器专题

适用于交直流混合微电网的直流分层控制系统35-42

摘要：为了改进交直流混合微电网中直流侧的母线电压性能,本文提出了直流分层控制系统,以在各接口变换器之间合理分配直流负荷,同时补偿下垂控制带来的直流母线电压跌落。所介绍的分层控制系统包括两层：第一层控制直流母线电压和交流电流,同时通过下垂控制实现直流侧的负荷功率分配;第二层补偿下垂控制带来的电压跌落,进一步提升母线电压质量。在第二层控制中,采用了具有低带宽通信特点的公共控制器,满足了微电网分布式结构的需要。本文给出了各控制层的具体设计方法。同时,对第二层控制的低带宽通信特性进行了具体的理论分析。仿真和实验结果表明了理论分析的正确性。

平均电流控制型移相全桥DC-DC变换器输出阻抗及控制环路优化设计43-49

摘要：级联式变换器广泛应用于分布式发电系统中,为了保证各级变换器自身以及系统集成后变换器的动态和稳态特性,各级变换器的输入输出阻抗及控制环路的设计需要统一考虑。移相全桥DC-DC变换器作为Buck变换器的一种,广泛应用在高频、大功率场合,且相比较电压型控制方法,平均电流型控制可以使变换器获得更好的动态和稳态特性。本文以平均电流控制型移相全桥DC-DC变换器为例,揭示了该型变换器闭环输出阻抗与控制环路参数的相互关系,讨论了电流电压环路补偿网络的参数设计依据,在确保单级变换器本身的动态和稳态特性前提下,通过约束前级DC-DC变换器闭环输出阻抗尖峰,从而保证系统集成后稳定可靠工作。系统仿真与实验结果表明了理论分析的正确性。

LCC谐振变换器的电路特性分析50-57

摘要：为了研究具有电容型滤波器LCC串并联谐振变换器的电路特性,对其进行了建模与分析。首先,建立了两种工作模式下LCC谐振变换器的时域数学模型;然后,在数学模型的基础上研究了LCC谐振变换器的电路特性,推导了谐振槽元件参数的计算表达式,讨论了谐振槽元件参数选择与电路特性之间的关联,指出并联电容与串联电容的比值是决定电路性能的一个重要因数;最后,根据设计要求提供了LCC谐振变换器电路的设计方法,介绍了设计过程,给出了仿真和实验结果。

基于辅助绕组的单级桥式PFC变换器纹波抑制策略58-64

摘要：单级桥式PFC变换器使用一级电路实现功率因数校正及DC-DC变换,导致输出电压存在较大的二倍工频的纹波,影响系统输出特性。传统方式通过增大输出滤波电容的电容量可以降低输出电压纹波,但会导致系统的动态响应变慢。为减小输出电压纹波,本文在基于辅助绕组的单级桥式PFC电路的基础上提出一种纹波抑制策略。抑制策略通过控制辅助绕组的输出电流,降低系统的输出电压纹波,同时能够不影响系统动态响应速度。在提出控制策略的基础上设计了辅助绕组的输出电流、控制电路以及辅助绕组的相关参数。最后进行了实验研究,表明了该策略能够在不影响系统的动态响应特性的基础上降低输出电压纹波。

单相PWM变换器相位补偿谐振控制方案65-71

摘要：提出了PWM变换器的相位补偿谐振控制方案。借助于重复控制的相位补偿原理,阐明了谐振控制的相位补偿原理,建立了相位补偿重复控制与相位补偿谐振控制之间的有机联系。相比于相位补偿重复控制器,相位补偿谐振控制器能够独立地对任意的谐波频率提供所需的相位补偿,以期实现＂零相位＂补偿,从而能扩大稳定范围;同时,根据各谐波含量的大小,能相应地选取各谐振控制器的增益去优化系统性能,并提供了一个单相PWM逆变器的应用实例,系统地验证了所提方案的有效性。

全桥LLC谐振变换器的混合式控制策略72-79

摘要：基于全桥LLC谐振变换器提出了一种新颖的混合式控制策略。该控制策略结合了变频控制和定频控制的优点,电路简单,只需要一个控制芯片。在混合式控制策略下,全桥LLC谐振变换器能够工作在变频模式和移相模式,在全负载范围内实现开关管的ZVS而不需要辅助电路,整流二极管工作在ZCS状态因而其电压应力仅为输出电压,开关频率变化范围窄,因此适用于宽范围输入电压应用场合。本文对全桥LLC谐振变换器的工作原理以及工作特性进行详细分析,给出混合式控制策略的具体实现方案,并通过一台250～500V输入、3kW的原理样机验证了该混合式控制策略的可行性。

有限电网容量下大功率变换器的测试方法80-86

摘要：基于三相电压源PWM变换器并联拓扑,提出一种对推变流器。通过控制策略使得电流只在对推变流器之间流动,而与电网交互功率几乎为零,从而实现了在有限电网容量下对大功率变换器的测试。建立了对推变流器的数学模型,分析了对推变流器的内部电流通路,得出其内部电流在本质上属于基波环流这一结论。在分析了LCL滤波器对对推变流器控制稳定性的影响以及不同PWM调制方法对对推变流器电流谐波的影响的基础上,给出了对推变流器的控制策略。仿真和实验结果表明了理论分析的正确性。

反激式开关电容PWM直流变换器87-94

摘要：目前的负载点（POL）变换器大多是Buck、Boost等PWM直流变换器,它们的主回路中均含有电感,因此动态特性受到限制。本文在自驱动零电压开关（ZVS）非隔离全桥DC-DC变换器的基础上,推导出了一种反激式开关电容PWM直流变换器。该变换器是开关电容变换器和传统的调压直流变换器的结合,同时具备开关电容变换器动态特性快以及PWM变换器可调压的优点。此外,它还具有如下优点：①开关管实现了零电压开关;②采用外加变压器绕组的方法实现同步整流管的自驱动,减小了驱动损耗和体二极管导通损耗;③变压器漏感对效率的影响小,可以使用分立式变压器,节约成本且易于安装;④变换器是单相的,结构简单,应用灵活。本文详细给出了该变换器的推导过程、原理分析和自驱动方法。在理论分析的基础上,搭建了一台单相700kHz 1.2V/35A POL原理样机,从而表明了理论分析的正确性。

CLCL谐振软开关DC-AC变换器95-103

摘要：针对大功率高压钠灯（HPS）电子镇流器的低电压大电流输出需求,本文提出一种CLCL谐振变换器,通过谐振实现零电压零电流开关（ZVZCS）及正弦波输出。根据变换器开关管实现软开关的条件,阐述了新电路的工作原理。提出了一种新的电路参数优化设计方法,使得ZVZCS条件下谐振器件上的电压应力最低。对新电路进行了理论和仿真分析。理论和仿真结果表明,新电路的开关管工作在零电压零电流或者准零电流开关状态。同时,输出端的电压、电流波形为正弦波,有效降低负载电流的波峰系数,延长负载使用寿命。研制了一台400V输入,100V/10A输出,开关频率为260kHz的DC-AC变换器样机。用来表明上述软开关实现策略的正确性,其最高满载效率可达99.1%。

Boost变换器混沌现象的非奇异终端滑模控制方法104-108

摘要：以Boost变换器为研究对象,研究了其产生混沌的现象及机理,并分析了在一定的参数条件下,混沌现象的产生及系统平衡点对混沌现象的影响。为了有效地控制Boost变换器中的混沌,使其获得良好的性能,本文从能量平衡的角度提出了一种非奇异终端滑模控制策略对其进行控制,使得Boost变换器的电压、电流在有限时间内收敛,并将此方法与普通线性滑模控制进行对比研究,最后通过仿真和实验表明了所提控制策略的有效性和正确性。

带解耦控制的三输入直流变换器建模及调节器设计109-118

摘要：在包含多个输入源的新能源联合供电系统中,采用一个多输入直流变换器（MIC）代替传统的多个单输入直流变换器,可以简化电路结构,降低系统成本。采用MIC构成的新能源联合供电系统是一个典型的多输入-多输出耦合系统,因此,闭环系统的设计非常复杂。本文以一种新型的Buck、Boost、Buck-Boost三输入变换器为例,将解耦控制环节加入系统中,这样就可以方便的进行闭环调节器的设计,从而提高系统的稳态和动态性能。最后通过一个400W的原理样机验证该设计方法的有效性。此设计方法也可以应用于其他三输入直流变换器系统中。

复合Buck三电平直流变换器拓扑合成及其极低电压增益运行控制119-125

摘要：针对舰船直流区域配电系统的大比例降压需求,基于传统的单相二极管钳位型三电平逆变器拓扑,推导出两种准Buck三电平直流变换器。以两种准Buck三电平拓扑的＂输入端并联—输出端串联＂的合成方式,提出一种复合Buck三电平直流变换器。采用双调制波PWM控制方法,实现变换器无需变压器或耦合电感的极低电压增益运行,同时避免功率开关的极端占空比状态。根据电压增益和占空比所允许的范围,构建双调制度的约束函数,实现变换器功率开关的非极端占空比与电感电流波动幅度的协调控制。最后,通过两组典型的实验,表明了所提拓扑和控制方法的可行性和有效性。

一种谐振开关电容变换器的再分析与改进126-132

摘要：针对一种常见的谐振降压式开关电容直流变换器,使用近似取值方法进行再分析,简化了以往理论分析结果,并指出该电路存在的一些问题。由此提出了一种恒流充电谐振放电工作方式的新式改进电路,在该电路工作的任意时间内,导通的开关器件总处于有电流状态,避免了开关器件的导通电流在时间上分布过于集中,因而降低了电路峰值电流,提高了变换效率。通过推导,得出新改进电路的输出电压、变换效率及谐振平均电流的数学表达式,最后进行了实验验证。理论与实验均表明,新改进电路能在较大范围内进行近似线性的调频方式调压,为高效率谐振式开关电容直流变换器的设计提供了理论依据。