关键词： 软开关   移相全桥   LLC   谐振变换器   Saber仿真   应力分析  

摘要： 与传统硬开关PWM变换器相比，采用软开关技术的变换器具有工作频率高、开关损耗小、体积小、效率高、功率密度大、EMI噪声小等诸多优点。20世纪70年代，谐振变换器的出现奠定了软开关技术的基础，之后新的软开关技术不断涌现，如LLC谐振变换器；准谐振变换器；零开关PWM变换器；零转换PWM变换器等。 本文研究的移相全桥软开关变换器和LLC谐振变换器均能实现原边主功率器件的零电压开关。移相全桥软开关变换器采用定频PWM控制，本文在分析其工作原理的基础上，深入分析了其超前、滞后桥臂实现ZVS的条件和策略，并分析了其副边占空比丢失现象。LLC谐振半桥变换器采用变频控制，其有两个谐振频率，一个是串联谐振频率fr，另一个是串并联谐振频率fm。其工作频率可以处于三种不同范围：fm fr。当LLC谐振变换器工作频率满足fm

关键词： 直流电源   DSP   并联均流  

摘要： 大电流直流电源是冶金、化工及有色加工行业的重要装置。为解决目前国内传统直流电源存在的功率因数较低、谐波污染严重等问题,本文设计了一种大电流可并联直流开关电源模块的优化拓扑结构,可以根据用户使用容量的需求而选择并联个数,达到运行效果好、现场调试工作量小、使用方便、调整控制方便等优良效果。 通过查阅大量参考文献和技术资料,本文设计了以IGBT为主功率器件,由三相全桥不可控整流电路、全桥逆变电路和全波整流电路组成的主电路,详细介绍了主电路各器件的参数计算和器件选型。控制电路部分采用TMS320F2812为主控芯片,编写相关控制程序,实现PWM信号产生、A/D转换和通信等功能；使用霍尔传感器精确测量输出电流,将反馈电流信号送入DSP,进而调节PWM占空比,调节输出电流。驱动电路采用HL403B作为驱动芯片,对PWM信号放大隔离,去驱动逆变电路中的IGBT使其导通和关断。该直流开关电源模块具有过流、过压等保护电路。本文不但对电源模块并联均流方法进行了简要分析,还设计出了电源柜的具体结构。部分实验结果表明该电源模块能满足设计要求,具有一定的可行性。

关键词： 航天器   负载稳定供电   三端口直流变换器   交错并联   软开关   能量管理  

摘要： 随着人类对空间探测的逐步加深，对航天器长久续航能力的要求越来越大，在运行的同时源源不断地从太阳能中获取电能成为维持器载设备用电最可行的方式。然而，太阳能供电具有不稳定性，为保证对负载稳定供电，必须加入至少一个辅助源平衡功率。在这类电源系统中，多端口变换器因其结构简单，器件利用率高而得到青睐。传统空间电源中的多端口变换器功率开关器件多工作于硬开关状态或加入复杂的软开关辅助电路，导致电能转化效率不高或可靠性下降。如果在附加简单电路的基础上提高电能转化效率，将能大幅提升多端口变换器在该类电源中的应用价值，因此本文主要研究适用于光伏电池与蓄电池联合供电的三端口变换器。　　双向Buck/Boost三端口变换器因具有简单易控、适合大功率能量传输等特点而得到广泛应用，本文针对光伏电池与蓄电池的特性，将这种变换器扩展为交错并联形式，加入了简单的软开关环节，得到一种基于交错并联的带有软开关的双向三端口变换器。该双向三端口变换器具有通态损耗低、开关损耗低及结构较为简单的特点，非常适合光伏电池与蓄电池联合供电。本文详细分析了变换器工作原理及能量管理策略，并对蓄电池充电电流设计了多基准切换，进一步提高了太阳能利用率。　　最后，依据性能指标，对变换器主电路、闭环控制电路、驱动电路等关键外围电路的参数进行了详细地设计;在仿真软件中搭建了仿真模型并制作了一台额定输出功率1.6kW的原理样机，完成了仿真与实验，给出了结果，验证了理论分析的正确性。

关键词： 发电机   能量匹配   全桥直流软开关变换器   有源钳位   环路补偿  

摘要： 当今世界的能源危机问题日益加剧，节能减排变得愈发重要。在此背景下，对已得到广泛应用的直流变换器展开进一步的研究，提高其电能利用效率以及功率密度，有着非常重大的意义。随着软开关技术的发展，极大的减小开关管的开关损耗，变换器的工作频率得到了很大的提高，从而其效率和功率密度都有着很大的提升。　　移相全桥零电压开关（Zero Voltage Switch，ZVS）变换器可以实现开关管的ZVS开通，适合应用于大功率的直流变换领域。本文对该变换器进行研究，详细分析其工作原理，梳理该变换器存在的若干关键问题，最后设计一款5KW的原理样机，进行实验验证。　　首先对变换器的工作模态进行了详细分析，梳理了该变换器的几个关键问题并展开讨论，结合实际应用，提出了相应的解决方案。对于占空比丢失与滞后臂ZVS难以实现这一对矛盾问题，采取变换器参数优化的方法，在不增加变换器复杂程度的基础上，实现变换器的最佳设计。采用有源钳位的方法，抑制变换器输出整流二极管振铃现象，并分析了有源钳位的使用及其对变换器工作模态的影响。　　然后依据实际的应用要求，对变换器的主要硬件参数进行了详细的计算。采用AP法对主变压器进行了详细设计，通过计算变换器的开关管的电压电流应力，选择了合适的开关管和输出二极管。此外还给出了谐振电感、隔直电容、输出LC滤波参数的计算过程和结果，对变换器的损耗做了详细的计算，并借助电源仿真软件Saber对所计算的参数进行了验证。在对变换器进行小信号建模的基础上，给出了环路补偿方案及相应的开环和闭环伯德图。　　最后设计了一款5KW的原理样机，对前述理论分析进行了验证。采集了相关的实验波形，并对其进行分析，实验结果与理论预期非常温和，得到了较为满意的结果。

关键词： 移相全桥零电压变换器   变频控制   宽范围软开关   效率提升  

摘要： 石油开采中，由于需要为数千公里长度的油井内设备提供能量，同时满足其低压启动、高压工作的要求，因此需要研制相应的具有宽输出电压范围的特种能量变换器，同时其应具有高效率、高精度、动态响应迅速、高功率密度、低电磁干扰等特点。本文选择移相全桥零电压变换器，根据变换器在大负载范围波动情况下所要求的性能指标，设计电路各项参数，建立系统小信号模型，进而研究一种使系统效率提升的控制方法。 通过对电路运行过程的分析，总结出不同时刻各个器件的电流与电压表达式。分析移相全桥电路在宽负载范围内难以完成软开关的原因，采用辅助电路结合变频的控制方法来实现宽负载范围软开关。理论推导出在不同负载下为完成软开关所需要的频率范围，使用Pspice搭建系统模型，验证这种控制方法的有效性。 研究在完成软开关的前提下提高系统效率的变频方法。首先分析系统的损耗组成部分，针对每部分损耗通过公式推导分析其与频率的关系，并使用PLECS软件对磁芯损耗与频率的关系进行仿真分析。结合损耗与输出功率建立系统效率模型，在完成软开关的频率范围内推导出使系统效率提升的优化频率，在不同负载下推导优化频率。同时，基于最小导通时间、不同负载下的最高频率以及磁性材料的频率特性，对以上算法进行优化频率修正，满足全工作范围快速、稳定工作的条件。 最后，研制一台采用基于效率优化的变频控制方法的1kW电能变换器，采集并分析电路波形及相关数据。根据实验数据可知：该变换器能够在规定负载范围内完成ZVS，其效率高于采用定频控制方法时系统的效率，并且负载变化时系统有良好的动态特性。

摘要： Many industrial and commercial sensitive loads are subject to the voltage sags and interruptions. The static transfer switch (STS) based on the thyristors is applied to improve the power quality and reliability. However, the transfer will result in severe inrush current in the load transformer, because of the DC component in the magnetic flux generated in the transfer process. The inrush current which is always 2 similar to 30 p.u. can cause the disoperation of relay protective devices and bring potential damage to the transformer. The way to eliminate the DC component is to transfer the related phases when the residual flux linkage of the load transformer and the prospective flux linkage of the alternate source are equal. This paper analyzes how the flux linkage of each winding in the load transformer changes in the transfer process. Based on the residual flux linkage when the preferred source is completely disconnected, the method to calculate the proper time point to close each phase of the alternate source is developed. Simulation and laboratory experiments results are presented to show the effectiveness of the transfer method.

关键词： 高频开关   直流电源   四遥功能   绝缘监测   低差自主均流  

摘要： 高频开关直流电源装置,节能效果显著,高可靠性和优秀的各项技术性能指标、全自动化管理。产品应用有源嵌位、零电压、零电流软开关及无主式双向通讯等新技术、产品的设计有创新和突破,是电力系统自动化的首选产品。本文简要介绍了原有直流电源的存在问题,以及改造后的高频开关直流电源的性能特点和工作原理,在运行过程中显现的安全稳定性能。

关键词： ITER   直流开关   有限元仿真   接触电阻  

摘要： ITER装置是正在建造中的大型超导托卡马克。直流开关是ITER装置极向场变流器电源系统中的一个重要电气设备，主要用于隔离电源和超导线圈。根据ITER极向场变流器的运行需要，该直流开关的稳态工作电流为55kA，最大冲击电流为350kA/1s，对地需要隔离20kV电压。这种直流开关为非标产品，其参数远高于国内已有的开关产品，国外又过于昂贵，需要对其进行设计和研制。本文设计了大直流开关，有重要的实际应用价值。 本文采用多片导电杆并排压接大母排的结构形式设计了直流开关，可用电机和手动开合直流开关。利用有限元分析软件ANSYS对开关进行了仿真分析，主要包括开关在稳态电流下的温升仿真、短路电流下的动稳定性仿真、绝缘部分电场仿真和对传动机构的应力仿真；仿真结果表明开关的温升满足设计要求，短路瞬间回路电动力能够补偿触头压力，开关的绝缘结构能够满足对地绝缘电压的要求，各个部件有足够的机械强度，且能够提供合适的接触压力；直流开关设计方案可行。同时在仿真分析的基础上，对设计方案提供具体的改进意见。 为了评估和验证直流开关的设计，本文对直流开关的样机进行了接触压力、动稳定性试验和温升试验。在接触压力测量中，机构能够给触头提供合适的接触压力，但触头接触压力存在着不均匀的情况。在动稳定性试验中，开关接线端子受到水平方向电动拉力，虽然开关触头有所磨损，但是开关能够承受设计的短时冲击电流。在稳态温升试验中，测量得到的开关触点温升低于设计要求的65°C，由接触压力不一致导致触头温升有一定的差别，针对这一情况，可考虑改小动触头导电铜板的间距并加大接触压力来改善。试验结果表明所设计的直流开关可以满足设计要求。 为提高触头的通流量，本文进行了触头的优化设计研究。本文设计了多触点触头的结构，仿真了多触点在稳态及瞬态电流下的温升，结果表明多触点触头能有效的提高通流量。为研究大直流开关触头的接触电阻，本文设计了直流开关触头试验测试平台并进行了接触电阻的实验。实验结果表明多触点触头的接触电阻在一定的压力下，相对于单触点的触头有接触电阻小的优势；多触点触头接触电阻却存在着不稳定，在实际应用多触点触头时，应使用相对于单触点触头更大的接触压力以保证接触电阻的稳定性。 本文所设计的直流开关满足ITER电源设计输入的要求，通过ITER组织的初步设计评审（PDR）；本文所设计的大直流开关接触电阻测试平台可为进一步研究直流开关触头接触电阻的影响因素提供基础。

关键词： 开关电源   保护电路   系统设计  

摘要： 本文主要探讨了高频开关直流电源的保护系统,根据高频开关直流电源模块中容易出现的问题加以分析,提出适当的保护方案和措施,并分析这些保护措施的应用特点,对使用电路的保护提出一些其他方法。