摘要：文中提出一种非隔离型软开关高增益准Z源DC-DC变换器。变换器具有输入电流连续、输入与输出供地、高电压增益以及开关器件应力小等优点。同时,变换器中所有开关管都工作在零电压开关(zero voltage switching,ZVS)条件下,所有二极管都工作在零电压零电流开关(zero-voltage zero-current switching,ZVZCS)条件下,可以减小开关管的开关损耗以及二极管的反向恢复损耗。通过引入三耦合绕组提高变换器电压增益,同时,有源钳位电路的加入减小了开关管两端的电压尖峰。较小感值的耦合电感相应的铜损小、体积小,进而提高了变换器的效率和功率密度。深入分析变换器的工作模态,推导变换器的电压增益以及元器件的电压、电流应力,进行稳态分析和参数设计。最后,搭建一台100 kHz、200 W、38~380 V的实验样机,变换器在额定功率的效率为96.13%,实验结果与理论分析相吻合,证明所提变换器的可行性。

摘要：高升压、高效率、高功率密度的DC-DC变换器是可再生能源系统的重要组成部分。耦合电感因其良好的调压特性和高功率密度等特点广泛应用于高升压直流变换器拓扑的构造。基于耦合电感的高升压boost变换器种类非常多,为了帮助学生更好地理解这些变换器,并掌握它们的拓扑规律,该文采用“倍压单元-变换器拓扑-演化规律”思路,总结了一系列非隔离型高升压直流变换器的演变规律。以Y源结构的耦合电感高升压boost变换器为例,进行了模态分析和电压增益推导。为了验证该高升压直流变换器的稳态性质和动态性质,搭建了实验平台,并验证了该变换器的可行性和稳定性,旨在帮助学生加强对电力电子中高升压直流变换器的直观认识和理解,并提升归纳总结能力。

摘要：该文以双有源桥DC-DC变换器为对象,详细分析了变换器在三重移相调制下的两种数学模型,又基于这两种数学模型提出了对应的电感电流优化控制策略,搭建了包含MATLAB/Simulink仿真平台、StarSim半实物仿真平台和实物平台的三阶段实验平台,在平台中通过实验验证了优化控制策略的可行性和有效性。所设计的三阶段开发流程能够加深学生对电力电子领域相关知识的理解,逐步提升学生的理论分析能力、仿真验证能力和实践操作能力。

摘要：交流接触器是一种频繁操作的开关电器,其运动过程中的吸反力配合直接影响可靠性和性能指标,良好的吸反力配合能减少触头弹跳、提高分断特性。在此过程中,交流接触器的弹簧系统发挥着关键作用。针对交流接触器弹簧系统的多目标优化问题,提出一种动态过程的电磁-机械耦合仿真方法和弹簧实体仿真方法,在此基础上引入基于灰色关联法和响应曲面法的综合优化方法,建立触头弹跳时间、触头刚分速度、触头闭合速度、铁心闭合速度与触头弹簧自由高度、触头弹簧有效圈数、反力弹簧自由高度和反力弹簧有效圈数的二阶预测模型,对弹簧系统进行优化设计。实验结果表明,该优化方法获得的弹簧系统参数能有效减小触头弹跳时间,降低触头及铁心的闭合时间,提高触头分断速度,对于提高交流接触器的工作性能具有积极意义。

摘要：基波分析法在偏离谐振频率点时难以给出准确的增益结果,不适用于宽增益范围的应用场合。基于此问题,提出一种新的时域分析法来推导更加精确的CLLC谐振变换器增益表达式,从而指导参数优化设计。首先,分析了基波分析法存在的不足。然后,通过时域分析对不同运行模态下的CLLC变换器进行建模,推导得出更加精确的增益表达式。在满足软开关的前提下,利用推导得出的精确增益公式对电感比k及品质因数Q的取值进行了优化。该方法得到的增益公式精度高且参数设计流程简洁。最后,基于优化设计的参数,搭建了一台1 kW且满足宽增益范围输出的实验样机。仿真与实验结果均验证了时域分析的准确性与参数设计方法的可行性。

摘要：高压直流(HVDC)继电器触头系统结构紧凑,难以利用栅片或产气材料来提高触头的开断性能。通过磁吹系统的外加磁场能够加快电弧的运动速度,提高灭弧能力。永磁体作为磁吹系统的关键部分,其外部磁感应强度分布不均匀,且尺寸对磁场的大小和分布影响较大,这对磁吹系统的设计造成了一定的困扰。针对此问题,该文建立磁吹系统三维有限元模型,重点分析永磁体尺寸对其外部磁场的影响,并建立相关数学模型;分析永磁体外部磁场分布的特点,得出外部磁场分布均匀度与永磁体尺寸的关系。最后,结合高压直流继电器的开断电弧特性,考虑电弧的受力情况及电弧的停滞时间,对永磁体的尺寸、充磁方向及安装位置进行设计,为提升高压直流继电器触头开断性能奠定了理论基础。

摘要：触头弹跳引起的触点磨损和触点粘接等故障对继电器电寿命有重要影响。考虑磁保持继电器在簧片弹性形变和触头碰撞的相互作用下触头复杂的弹跳情况,将模型定义为刚体的处理方法不能还原柔性体簧片的实际运动状态。通过Ansys LS-DYNA,基于运动方程、材料本构方程和边界条件建立继电器动力学数学模型。通过Ansys Maxwell,基于麦克斯韦方程组建立继电器电磁学模型。通过Matlab交换不同物理场模型数据,实现相同时间域内两种模型多物理场的耦合计算和数据交互。通过与实验数据对比验证了仿真模型的准确性。在仿真基础上,探究静簧片弹性模量、铁心线圈电压和常闭静簧片预压力对触头弹跳的影响。证明了通过三维瞬态多物理场耦合仿真能够真实地还原继电器产品的工作状态,缩短产品的开发设计周期。

摘要：该文针对电磁开关在PWM闭环控制下引起的高频吸持噪声问题展开研究,提出一种电磁开关高频吸持噪声抑制的自适应控制策略。首先,分析电磁开关PWM闭环控制高频吸持噪声产生的几个影响因素,据此提出需要综合采取三项措施来抑制这一高频噪声;然后,结合电磁开关实际运行特点,设计基于模糊控制的电磁开关高频吸持噪声自适应抑制策略,通过模糊控制逻辑整合on/off控制、自整定PID控制以及伪开环控制各自的优点,来实施噪声抑制措施;最后,构建电磁开关联合仿真模型,开发基于CompactRIO的电磁开关快速控制原型验证系统,对电磁开关噪声与振动信号进行频域分析,对控制策略进行验证,仿真及实验结果证明所提控制策略能够有效抑制电磁开关的高频吸持噪声。

摘要：随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率fn、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。

摘要：该文提出一种智能单稳态永磁接触器的联合仿真方法。首先,针对传统电磁接触器等效电路在永磁接触器的保持及分闸过程中存在的应用缺陷,将电磁磁链与永磁磁链分开考虑,提出适用于全过程的永磁接触器等效电路模型。之后,采用永磁接触器的有限元仿真结合等效磁路来处理永磁磁场与电磁磁场的相互耦合问题,从而给出等效电路模型中各元件参数的计算方法。最后,结合分合闸控制策略及永磁接触器动态模型,构建单稳态智能永磁接触器的联合仿真方法,并通过实验验证该仿真方法的有效性。在永磁接触器的整个动态过程中,该仿真方法详细反映出电磁磁场与永磁磁场的相互影响,为基于电磁力、永磁力及弹簧反力密切配合的高性能优化控制方案的设计打下基础。