基于压电变压器的高压能源变换器负载频率特性

为研究压电变换器在高电压低电流能源变换中充电的负载频率特性,利用集总参数压电变压器等效电路模型分析了压电变压器的负载频率特性,说明工作频率随负载的增大逐渐增大,最终达到饱和.以KHMPT3206压电变压器为实验对象,在负载小于50 kΩ时,理论分析与实验结果相吻合,大于50 kΩ时相对误差逐渐增加,最大相对误差为2.5%.验证了等效集总参数电路模型建立的正确性,即负载的变化影响等效串联电容的大小,从而引起压电变压器工作频率发生变化.     

一组基于可控开关电容的高频谐振功率变换器

变频控制是谐振功率变换器常用的调控手段,但是宽范围变化的工作频率会降低磁性元器件的性能且增加设计复杂性.文中提出一组基于可控开关电容(SCC)控制的谐振功率变换器,通过改变谐振回路的等效电容可以在恒定工作频率下完成谐振变换器的输出调控.对各种不同SCC拓扑进行了分析比较,论证了所提出SCC结构的优越性.然后枚举了SCC结构在二阶和三阶谐振变换器中的应用,并详细分析了一种基于半桥移相控制的SCC-LCL-T型谐振变换器的工作特性.最后,通过仿真和实验验证了所提出的SCC结构应用于谐振变换器拓扑的有效性和可行性.     

应用于超级电容储能的开关准Z源双向DC/DC变换器研究

为了解决超级电容储能系统中超级电容升降压变换比较低以及输出电压波动较大的问题,同时在升压时提高充电速度,本文提出一种新颖的开关准Z源双向DC/DC变换器。该变换器添加了2个开关电容,升压过程中电压增益提升1/4,降压过程中降压系数减小1/5,并使开关管的电压应力降低1/5。论述了超级电容升压放电模式以及充电降压模式的工作过程,并设计了电压/电流双闭环升压控制策略,使输出电压波动小于0.98%,电感电流幅度减小0.82 A。同时设计恒电流转恒电压降压控制策略,提升9.26%充电速率。MATLAB仿真证明了所提变换器的特性和理论分析。     

交错控制双输入Buck变换器的工作模式及输出纹波电压分析

针对两路输入电压大小不等而导致交错控制双输入Buck变换器工作模式复杂、参数设计困难的问题,将变换器的两路输入电压分3种情况进行分析和讨论,并且建立了变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)的临界负载、电感电流和输出纹波电压数学模型。研究发现,变换器的临界负载随两路输入电压压差的减小而增大,电感电流纹波及输出纹波电压随两路输入电压压差的减小而减小;当两路输入电压相等时,变换器的临界负载达到最大,电感电流纹波及输出纹波电压达到最小。最后搭建了双输入Buck变换器实验平台,并通过给定的3组输入电压进行实验分析,实验结果验证了变换器的工作模式以及输出纹波电压数学模型的正确性。研究结果可为交错控制方式的双输入Buck变换器的参数设计提供理论依据。     

恒定导通时间控制Buck变换器电感和负载电阻的稳定性机理

恒定导通时间(constant on-time,COT)控制Buck变换器的稳定性不仅受输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的影响,还受电感和负载电阻的影响。为了研究电感和负载电阻的稳定性机理,建立了COT控制Buck变换器的分段线性模型。利用分岔图、特征根轨迹研究了输出电容ESR较小时COT控制Buck变换器随电感和负载电阻变化时的动力学特性。结果表明,随着电感减小或负载电阻增大,Buck变换器由阵发混沌状态经边界碰撞分岔进入到稳定的电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)周期1状态。进一步,推导了确保变换器稳定工作的电感和负载电阻的临界表达式。最后,数值仿真和理论分析得到了实验结果的验证。研究结果可以有效地指导COT控制Buck变换器的电路参数设计。     

改进型本安Buck变换器的分析与设计

提出了一种输出具有LC滤波电路的本安Buck变换器,使得在特定的电气性能指标要求下,可不提高变换器工作频率,但能减小变换器内部的电感量及电容量,达到提升该变换器本质安全性能的目的。深入分析了该拓扑电路在电感电流连续模式(CCM)时的输出纹波电压,指出输出纹波电压最大值是在输入电压最大,负载电阻为CCM与DCM的临界电阻时取得。根据最大输出纹波电压指标要求,在给定的动态范围内,得出了本安Buck变换器电感、电容参数的设计方法。为了说明改进型Buck变换器相比于传统型Buck变换器的优势,在相同的输出纹波电压指标要求下,对传统型及改进型Buck变换器的电感、电容取值进行了比较分析,得出所提出的改进型Buck变换器采用较小的电感、电容即可满足电气性能指标要求,因而可提高其本安性能。因此,通过在Buck变换器的输出附加LC滤波电路,不仅能有效提高本安Buck变换器的输出功率,还能减小其体积。给出了设计实例,仿真与实验结果验证了改进电路拓扑理论分析的正确性及减小目标电感、电容量的可行性。     

三电平直流变换器全模式小信号建模和控制器设计

为了设计性能优良的直流变换器稳压输出控制器,在分析三电平H桥直流变换器的电路拓扑和移相PWM原理的基础上,分别给出了一个开关周期内电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)下变换器的所有工作模态,并基于状态空间平均法和开关网络平均法建立了变换器在两种模式下的小信号数学模型,并通过仿真验证了模型的正确性.基于小信号数学模型,设计了三电平H桥直流变换器的双闭环模式自适应比例积分(PI)控制器,并结合传统双闭环PI控制器进行了对比试验研究.结果表明:模式切换是造成系统输出动态性能不好的原因,而新型控制器能够通过模式检测实时调整控制器参数,所以比传统控制方法在突然加载过程中的输出电压最大跌落减小46.6％,动态性能得到提高.     

本质安全型Buck变换器的电感电流分析

分别对Buck变换器工作在连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)时的电感峰值电流进行了分析,指出无论变换器工作在CCM还是DCM,其电感峰值电流均随输入电压的增大而增大,随负载电阻和电感的增大而减小。得出在给定输入电压和负载变化范围内,在最高输入电压和最小负载电阻时,且变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流。最后仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于电阻率的混凝土裂缝测量方法

基于四探针电阻率测量技术,依据试验测得的混凝土表观电阻率变化确定裂缝位置.在考虑到干燥环境、潮湿环境和输入电流方向对裂缝导电能力影响的前提下,采用数值模拟技术探讨了表观电阻率随裂缝深度的变化规律,并将实际裂缝简化为等效裂缝,进而提出裂缝等效电路和等效电阻的方法,研究了表观电阻率与裂缝密实度的关系.结果表明,依据电阻率测量方法可以准确地找出裂缝位置,裂缝深度和密实度与表观电阻率变化有较好的相关性;在干燥环境下,输入电流方向垂直于裂缝时表观电阻率随着裂缝深度或裂缝等效电阻率的增加而增大,输入电流方向平行于裂缝时表观电阻率随裂缝深度或裂缝等效电阻率的增加而减小;在潮湿环境下,输入电流方向垂直于裂缝时表观电阻率不随裂缝深度或裂缝等效电阻率的变化而改变,输入电流方向平行于裂缝时表观电阻率随裂缝深度或裂缝等效电阻率的增加而减小.     

超级电容器储能和充电效率随电流变化规律探讨

考虑到温度变化等因素的影响,对超级电容器等效电路模型进行了修改,用此模型研究了超级电容器的电容、储能、充电效率随电流强度的变化以及电流强度随充电时间的变化规律.结果表明:1电流强度随充电时间的变化为非线性关系,开始充电时电流强度增大较快,而充电时间较长时则变化较慢;2超级电容器的电容量、储存能量和充电效率均随充电电流强度的增大而非线性地变化,其中,电流较小时,储存能量随充电电流增大而缓慢减小,而效率则随电流增大而增大,当达到极大值后,储存能量和充电效率均较快减小;3研究超级电容器的储能和充电效率等随充电电流的变化规律时,应考虑到温度变化等因素的影响.用修改后的等效电路模型,其理论计算与实验结果较为一致.     

恒频PWM型零电流开关准谐振变流器

对传统的零电流开关准谐振变流器电路加以改进 ,通过引入辅助开关 ,使准谐振变流器工作在恒频PWM方式下。改进后的变流器 ,其滤波电路及高频变压器的体积明显减少 ,开关功率管及二极管的工作条件 ,以及变流器的负载调整特性等均得到明显的改善。对变流器的工作原理、输出特性、电路参数设计等给出了详细的介绍 ,一台 15 0kHz、 2 5V 75W变流器的电路实验证实了改进后变流器所具有的优点。     

恒频PWM型零电流开关准谐振变流器——分析,设计及电路实验

对传统的零电流开关准谐振变流器电路加以改进,通过引入辅助开关,使准谐振变流器工作在恒频ＰＷＭ方式下。改进后的变流器,其滤波电路及高频变压器的体积明显减少,开关功率管及二极管的工作条件,以及变流器的负载调整特性等均得到明显的改善。文中对变流器的工作原理、输出特性、电路参数设计等给出了详细的介绍,一台１５０ＫＨｚ、２５Ｖ／７５Ｗ变流器的电路实验证实了改进后变流器所具有的优点。     

一种新型的电压源换流器

为了改善轻型直流输电网络的波形质量,目前电压源换流器使用较多的高频开关器件,导致成本增高,损耗加大,限制了其实际应用.提出了一种Buck型电压源换流器(BVSC),该BVSC由一组双Buck变换器和一个工频逆变桥组成,仅用2个高频开关,即可取得较好的输出波形.为了进一步解决大功率应用时的高频开关的局限性,还提出了一种新型的双频控制Buck型电压源换流器(DBVSC),DBVSC在BVSC的基础上附加了一个双Buck变换器,使原BVSC工作在高频,仅处理谐波功率,而附加的BVSC工作在低频,处理基波功率.DBVSC既可以改善换流器输出电流波形质量,又可以减小系统损耗,提高功率等级,特别适合于大功率应用.推导了基于单周控制思想的控制方程,运用简单的控制电路实现要求,通过仿真研究,证实了理论分析的正确性.     

矩阵式变换器的输出电压补偿

为了减小矩阵式变换器输出电压误差和输出电流畸变,提出了一种输出电压补偿方案。针对不同的输出电压误差成因采用不同的补偿方法,直接脉宽补偿用于多步换流和器件开关延时,等效电压补偿用于器件导通压降。在矩阵式变换器-异步电机矢量控制系统上进行了实验研究。当输出频率为5Hz时,采用该补偿方案使输出电流总谐波畸变率(THD)从6.32%降低至4.92%;当频率为15Hz时,输出电流THD从5.46%降低5.30%。结果表明:采用该补偿方案可以有效抑制输出电流THD,在低速运行下补偿效果更加明显。     

矩阵式变换器的输出电压补偿

为了减小矩阵式变换器输出电压误差和输出电流畸变,提出了一种输出电压补偿方案。针对不同的输出电压误差成因采用不同的补偿方法,直接脉宽补偿用于多步换流和器件开关延时,等效电压补偿用于器件导通压降。在矩阵式变换器-异步电机矢量控制系统上进行了实验研究。当输出频率为5 Hz时,采用该补偿方案使输出电流总谐波畸变率(THD)从6.32%降低至4.92%;当频率为15 Hz时,输出电流THD从5.46%降低5.30%。结果表明:采用该补偿方案可以有效抑制输出电流THD,在低速运行下补偿效果更加明显。     

一千瓦零电压软开关高功率因数变换器

提出了一种零电压软开关高功率因数变换器电路.主电路采用准谐振PWM-Boost软开关拓扑结构,控制电路采用平均电流控制技术和软开关控制技术相结合的形式.文中分析了该电路的工作原理,给出了电路参数归一化曲线及设计指导.实验结果表明,该电路在整个输入电压范围内都能保持软开关特性,达到了高功率因数和高效率的目的.在输入电压为220 V,工作频率为65 kH z,电路输出功率为1 000 W时,实测工作效率为95.3%;经对入端电流频谱分析、计算,功率因数达到0.998 8.     

新型全桥ZVSPWMDC—DC变换器的小信号建模及仿真

对软开关变换器的准确建模,可以正确设计软开关变换器的各元件的参数,使软开关变换器的性能得到进一步提高。本文结合新型全桥ZVSPWMDC—DC变换器的软开关工作特点,利用PWM开关等效模型,推导出了新型移相全桥ZVSPWMDC—DC变换器的小信号模型。并通过对小信号传函的幅频及相频特性分析,证明了这种模型具有物理意义清晰、计算简单等优点。     

94GHz二次谐波渐变复合腔回旋管研究

对94 GHz二次谐波渐变复合腔回旋管进行了系统的理论与实验研究,所研制的回旋管采用渐变结构复合开放式互作用腔、双阳极磁控注入电子枪及内置TE03-TE02-TE01模式转换器,并兼作回旋管收集极作用.设计、研制与测试了94 GHz二次谐波渐变复合腔回旋管,在注电压51 kV和注电流11.8 A下得到156 kW的脉冲输出功率,工作频率94 GHz,工作模式对TE02-TE03,平均输出功率3.05 kW,效率26%.