直流传感器回馈补偿系统的设计

在磁势自平衡回馈补偿式直流传感器中,一次被测电流磁势绝大部分已被电抗器直接由交流电源提供的电流自动平衡掉,剩余磁势由直流传感器的回馈补偿系统补偿。直流传感器的差值电流回馈补偿电路利用双向铁心磁放大器的基本原理,在电抗器铁心的空腔内设置零安匝检测铁心和线圈以检测该半周期内直流磁势平衡的安匝差,用于自动跟踪补偿,是一个具有反馈特性的闭环系统。差值补偿电流输出与磁势自平衡电流输出的和即为被测直流电流。为了分析控制系统的稳定性,用方块图来表示控制系统的组成。差值电流回馈补偿系统是一个典型的闭环系统。应用劳斯及古尔维茨稳定判据,通过特征方程的根与各项系数的关系来判别系统的特征根是否全部具有负实部,从而分析线性系统的稳定性。     

直流输电用零磁通直流电流互感器的研制

零磁通直流电流互感器被广泛应用于换流站中性线上直流电流的测量。为此,介绍了研制的1台3 000A/1V,50kV零磁通式直流电流互感器样机的工作原理、结构和性能指标。该直流电流互感器采用一对检测铁芯绕组作为一次和二次电流的安匝平衡检测器,由安匝平衡检测器控制的反馈功率放大器输出二次电流与一次电流达到磁势自平衡。设计的安匝不平衡造成误差约0.02%,且该分量对环境温度不敏感。分析认为主要的误差来源是位于控制室的负载电阻和放大电路。直流误差校准试验表明,该样机在额定持续热电流下的各点测量误差均<0.2%,在18kA下测量误差<0.3%。样机在短时电流试验和阶跃电流响应试验中表现出了良好的暂态性能。参考相关标准,样机通过了电磁兼容试验考核。该类型零磁通型直流电流互感器符合高压直流输电系统要求。     

单对极质数槽绕线式旋变绕组配合的磁势精度

旋变是自动控制系统中重要的角度测量传感器,目前各种文献推荐以同心正弦绕组配合作为设计基础。近年来出现少量质数槽绕组配合的绕线式旋变产品和专利申请,但缺乏相应的设计理论指导。基于绕组的磁势波理论,对不同绕组配合的齿谐波误差理论上限进行求解,提出高精度质数齿槽绕组配合的数理依据和函数误差表达式,质数齿槽配合没有原理性的零位误差,且正交误差不会超过函数误差。通过数值分析与有限元仿真方法对不同绕组配合的磁势误差分布进行仿真研究,明确质数槽绕组配合选取方式。在上述理论工作基础上,制作一款(7:10)实物样机进行测试,通过样机的谐波磁势分析和函数误差分析证明质数斜槽绕组配合选择方法的正确性和有效性。     

单磁芯可控饱和电抗器控制量研究

提出了在常规单磁芯可控饱和电抗器的结构中增加一个检测绕组.当磁芯中存在直流偏磁磁势时,分析检测绕组输出端电压与直流偏磁磁势之间的物理关系.研究得出,当磁芯中存在正偏磁时,检测绕组输出端电压的负峰值与直流偏磁磁势是线性关系;当磁芯中存在负偏磁时,检测绕组输出端电压的正峰值与直流偏磁磁势是线性关系;且检测线圈输出端电压的峰峰值、有效值和正负半波有效值之差与直流偏磁磁势有关但均不是线性关系.试制了样机,实验结果验证了理论分析的正确性.在常规单磁芯可控饱和电抗器的结构中增加检测绕组,是可以研究当有直流偏磁磁势作用时磁芯的工作特性的,并且证明了检测绕组输出端电压的一些特征电压量如峰峰值、有效值和正负半波有效值之差均可以作为反馈控制量.     

抗直流影响的TMR电流传感器的原理及其应用

针对复杂电流环境下高精度电流采样的需求,文中设计了一种TMR（隧道磁电阻）抗直流电流传感器。理论分析了传统电流互感器在直流分量下超差的原因,给出了比差和角差与直流分量的关系。阐述了TMR抗直流电流传感器反馈工作原理,推导了输出电流Is和输入电流Ip的关系。测试表明：在半波整流负荷条件下,TMR电流传感器的最大比差为-0.23%、最大角差为+4.92′,TMR电流传感器用于直接接入式电能表,在(0.5~60)A测量范围内,最大误差为-1.77%,误差为采用传统抗直流电流互感器的三相直接接入式电能表计量误差的9.4%。该电流传感器在直流配网与电动汽车充电计量等方面具有良好应用前景。     

一种推挽式变换器的漏感影响研究

根据磁势平衡原理,研究了一种带桥式整流输出的推挽式变换器的工作波形及性能影响因素,主要结合变压器激磁电感和漏感效应,建立了变换器等效电路模型和数学解析模型,详细讨论了激磁电感跨接在变压器原边两绕组之间时,推挽变换器无漏感和漏感等效于副边侧时的物理关系和理论波形。深入分析了漏感对开关管端电压、电路输出电压和能量回馈等方面造成的影响及消除方法。通过Matlab仿真验证了有关模型及理论分析结果的正确性。     

基于改进型自抗扰控制器的NPC三电平逆变器中点平衡策略

针对中点钳位型三电平逆变器所固有的中点电位波动问题,建立直流侧中点电位的波动模型,提出一种基于分数阶自抗扰控制器(FOC-ADRC)的中点电压平衡策略。避免了传统ADRC的非线性误差反馈率(NLSEF)需要凭经验试凑三个没有明确物理意义的参数难题,便于应用到三电平逆变器的中点电位进行电压实时补偿。原理样机实验表明该方法具有较强的中点电压平衡性能,可以快速估测并抑制中点电压波动,同时减小输出电压电流的谐波。     

压阻式压力传感器温度补偿技术的研究及应用

压阻式压力传感器易受温度影响产生零点漂移和灵敏度漂移,为了降低环境温度对传感器输出的影响,首先分析了传感器产生温度漂移误差的原因,针对传感器存在的温度漂移误差和输出信号的非线性介绍了一种硬件温度补偿方法和基于MAX1452的软件温度补偿方法,着重阐述了MAX1452的补偿原理以及对传感器的补偿过程.最后通过温度试验和温度循环试验比较分析了以上两种温度补偿方法,试验结果表明软件补偿方法具有更加优良的补偿效果,在-40～60℃温度范围内的精度小于0.5％.     

基于模糊神经网络的无刷直流电动机能量回馈控制

为了提高无刷直流电动机能量回馈系统的能量回馈效率,针对无刷直流电动机能量回馈模型非线性、时效性的特点,设计了一个基于模糊神经网络控制的无刷直流电动机能量回馈控制系统。根据影响能量回馈效率的关键因素,以制动电流与反馈电流的偏差、当前转速作为控制的输入,占空比作为控制的输出,为了提高控制精度,通过一个五层的神经网络,用误差反向传播网络学习算法,调整模糊逻辑控制器的输入和输出参数,使得控制系统具备自适应能力。最后对所设计开发的无刷直流电动机能量回馈控制系统进行了仿真和实物试验,试验结果表明,基于模糊神经网络的控制系统,回馈效率高,鲁棒性强。     

一种新型传感结构的光学直流电流传感器

分析比较了多种直流大电流测量方法,指出直流测量设备高压侧无源化是未来高压测量设备的发展趋势。针对传统块状玻璃型电流传感器传感头加工难度大、直流解调算法难以精确解调出法拉第旋转角的缺点,采用一种基于双光源双输出条形传感头的新型无源式直流电流传感器。这种结构降低了传感头制作及加工难度,在双通道光路、电路不对称的情况下,能够将与被测电流成正比的直流信号从直流本底光强信号精确解调出来。试验结果表明,在300 ~3 000 A范围内,测量准确度优于0.5%,在光功率波动达25.2%、双光路光功率不对称度为34.2%的情况下,双光源双输出传感器相对误差变化范围为-0.4% ~ +0.42%,远高于相同测试条件下单光源双输出传感器的性能。     

多极横向磁场电机三维有限元模型与分析

横向磁场电机 (TFM)是一种新型电机,具有输出力密度大、电磁负荷解耦、设计灵活等特点。但是该种电机磁路比较复杂,无法用二维方法对磁场进行精确分析,而需采用三维方法。文章推导了应用标量磁位对含有电流的区域进行三维分析的方法,并基于该方法利用软件对一台多极TFM样机进行分析。针对样机的结构特点,对电机模型作较大简化,从而大大降低了建模和计算的时间,提高了分析效率。     

外永磁转子爪极电机磁路模型的建立与参数计算

外永磁转子爪极电机是近年来出现的一种新型结构电机,在节能调速和汽车电气系统中具有很好的应用前景。本文在对该种电机的结构特点以及运行机理进行综合分析的基础上,详细分析了电机复杂的主磁通及漏磁通情况,并建立了其简化的等效磁路模型。之后根据电机的结构特点推导出了磁路模型中磁阻和电机电抗参数的解析计算公式,并通过磁路模型得到了该种电机的反电动势计算式。为了验证磁路模型的正确性,本文研制的实验样机的实验结果与磁路模型计算值的一致性表明了理论工作的正确性和可行性。该研究工作为该种新型结构电机的深入研究打下了技术基础。     

四相VRM中无直流偏磁集成磁件

以消除直流偏磁和提高变换器输出性能为目的,提出了应用于四相电压调整模块的立体式集成磁件结构。利用"场"、"路"结合的方法分析了集成磁件消除直流偏磁的原理;推导得到集成磁件等效电路;并给出集成磁件的电磁设计方法。最后通过Saber仿真、3D Maxwell仿真和样机实验,验证了所提耦合磁件结构的可行性及交错并联变换器具有较好的输出性能。     

双定子超环面电机磁路模型与气隙磁场研究

双定子超环面电机是一种新型结构的空间电机,将动力和减速机构有机结合,在机器人和航空航天领域具有很好的应用前景。在对该电机的结构特点及运行原理进行分析的基础上,将其三维磁路分解为周向和环向磁路,并建立了简化的等效磁路模型。根据该电机的结构特点对磁路模型中各磁阻进行推导,并对其静态磁场的气隙磁密进行了解析求解。为了验证该磁路模型的准确性,运用有限元方法对其三维磁场进行仿真分析,并对研制实验样机的反电动势进行了测试实验。通过与仿真结果和实验结果进行对比分析表明,该等效磁路模型和参数计算方法是可行的,为进一步定量分析该电机的电磁性能提供了理论依据。     

基于混合铁心的新型电流互感器研究

传统电流互感器铁心饱和会导致其二次电流波形发生畸变,进而可能影响电能计量的精度或引起继电保护设备错误动作,威胁电网的安全稳定运行。针对此类问题,提出了基于混合铁心的新型电流互感器(CCCT)。CCCT主要由混合铁心、二次绕组、二次电阻、磁场传感器与信号处理电路组成,其中混合铁心包含完整的内铁心与带气隙的外铁心,磁场传感器放置在外铁心的气隙中,其输出信号用于补偿发生畸变的二次电流。为验证该结构的有效性,进行了有限元仿真,制作了CCCT样机并进行了正弦交流电流、正弦半波电流、短路电流和直流电流的测量实验。有限元仿真与实验结果表明,CCCT在额定电流下的复合误差小于0.2%,稳态对称短路电流下的复合误差为2.04%,暂态短路电流下的峰值瞬时误差为4.25%,直流条件下输出与输入的拟合优度为0.999 9,既基本保留了传统电流互感器的测量精度,也具有良好的暂态响应特性与抗直流特性,可同时满足相关标准对测量、保护用电流互感器的精度要求,具备在实际工程中应用的潜力。     

基于漏感补偿的可变恒流输出补偿网络参数确定方法及其特性分析

基于变压器T网络模型中等效参数的多解性和漏感补偿原理,提出对给定的磁耦合系统通过补偿参数设计使WPT系统实现可变恒流输出的新思路。利用电路理论分析不同等效电压比n下使WPT系统获得不同的转移导纳的机理和参数确定方法。同时对考虑磁耦合系统线圈电阻影响的补偿参数确定方法及其频率偏移特性进行了理论建模及分析,指出当等效电压比n减小时,其参数敏感度均会降低,有助于提高WPT系统的负载调整率。最后构建了WPT的实验平台,实验结果证明了理论分析的正确性。     

多路隔离输出的车载辅助电源设计

设计了一种多路隔离输出的车载辅助电源，采用UC3842控制芯片的多路输出反激变换器。结合试验样机和试验结果，分析了电路的工作特点、变压器的设计要求。该变换器的效率高、体积小、具有过载与短路保护等优点。     

磁分路式径向结构混合励磁同步发电机的结构及原理分析

针对永磁同步发电机输出电压调节困难的缺陷,设计了一种磁分路式径向结构混合励磁同步发电机,通过调节励磁电流,利用磁分路结构能够方便地调节电机的气隙磁场。描述了电机的结构、工作原理,讨论了磁分流点、磁不分计算方流点和负载平衡点的概念,定性分析了磁分流点和磁不分流点时气隙磁通的大小,利用二维有限元法计算了磁分流点、磁不分流点和负载平衡点的位置。理论分析和实验结果表明：在磁分流点时,电机的气隙磁通最小;在磁不分流点电机的气隙磁通最大。功率因数和负载变化时,通过调节励磁电流的大小,电机的端电压可以保持不变。     

基于磁状态调节机制的可控电抗器分析设计

针对电力系统对可靠性、节约能源、智能化的要求,提出一种基于纳米复合磁性材料、具有内在磁状态自动调节能力的可控电抗器磁路设计方案。首先,分别从宏观及微观角度研究复合磁性材料的磁化模型,确定剩磁与矫顽力的关系并给出材料的制备工艺;其次,运用磁路磁阻理论分析方法,将制备的纳米复合磁性材料植入传统可控电抗器中,完成电抗器结构设计和电磁设计方案;最后,提出该电抗器的磁路设计方法并制备了一台220V/1k V?A/700m H样机,建立实验系统及其控制系统。仿真及实验结果表明,基于纳米复合磁性材料的可控电抗器仅依靠材料的剩磁即可实现连续、平滑的电感值调节,对电力线路能够进行快速无功功率补偿,节能效果显著。所设计的可控电抗器可以作为一种保障智能化电网安全运行的新型电力设备。     

基于次级调压的有源箝位正激变换器的研究

根据有源箝位正激变换器的工作原理和实现软开关的条件,研究了一种基于次级调压的有源箝位正激变换器。该拓扑电路初级处于固定占空比的开环工作状态,通过变压器次级的磁放大电路进行稳压。该技术解决了传统有源箝位变换器主开关管难以实现软开关的问题。此处详细分析了新型变换电路的工作过程,设计了一款25 W的电源样机。实验结果验证了该理论分析的正确性和拓扑电路的高效性,在整个负载范围内完全实现了主开关管和箝位开关管的软开关功能,且软开关实现的条件不依赖于变压器参数。