直流支撑电容器圆元件的散热模型与仿真研究

随着自愈干式金属化薄膜电容器应用范围的不断扩展,其散热方式与内部温升问题成为了重要的理论与工程问题。鉴于此,本文基于直流支撑电容器圆元件的发热规律,分析了电容器元件圆柱状整体均匀发热时发热体的热流分布。进一步,结合电热对偶原理,建立了圆元件热计算模型,并通过微分单元积分,得到了圆元件的热阻计算公式。最后,通过试验验证了圆元件的热计算模型的正确性,且提出了圆元件热计算的验证方法,为直流支撑电容器圆元件的发热提供理论与试验参考。

直流支撑电容器交直流叠加试验回路搭建及参数选取探讨

对于柔直、轨道交通等领域用的直流支撑电容器而言,交直流叠加的试验验证更符合实际工况所需。电容制造厂家如何利用现有试验设备,搭建交直流叠加试验所需的试验平台,重点在于对交、直流电源的隔离保护。本文在介绍交流、直流独立试验回路及交直流叠加试验回路原理的基础上,明确了隔直电容和隔交电感、放电电阻的参数选择原则,为各电容厂家利用厂内现有设备,尽最大可能降低设备成本的前提下,提供一种直流支撑电容交直流叠加试验平台搭建的思路和方法。

换流阀用直流支撑电容器试验方法探讨

换流阀用直流支撑电容器在用电力电子电容器标准中的试验项目进行试验时,存在一些问题,主要有对电容器缺乏可供参考的参数;国内换流阀用直流支撑电容器电气性能按GB/T 17702标准规定条款要求进行的试验,由于国内生产是处于开始阶段,一些厂家的生产试验设备也在完善中,不能完全满足标准方面的要求;金属化膜电容器在运行中存在电容量会随着时间的增加缓慢衰减,国内外无相关高压金属化膜电容器长时间运行的经验,要保证长时间可靠的运行等问题。本文就这些问题进行分析。主要讨论的试验项目有电容及损耗角正切测量、密封性试验、热稳定性试验、短路放电试验、破坏试验、外壳爆破能量试验、自愈性试验等,并提出笔者的见解与建议。

柔性直流输电用直流支撑电容器的关键技术研究

本文基于柔性直流输电用直流支撑电容器的研发经验,提出直流支撑电容器的纳亨级等效串联电感ESL的测试方法,并验证其正确性,解决了纳亨级电感的测试方法难题;根据测试方法,验证了基于直流支撑电容器引出线方式的纳亨级电感的计算方法,为降低直流支撑电容器纳亨级电感提供了新的设计思路;本文还对直流支撑电容器的老大难问题—极对壳交流局部放电问题,进行研制分析总结,为解决直流支撑电容器的对壳交流局放提供参考;提出了针对极间直流局放研究的建议;结合试验及运行经验,对直流支撑电容器的电流出线端子进行了接触电阻测试、温升试验、小幅值浪涌电流和大幅值浪涌电流的试验验证,试验验证结果表明,只有加厚的细牙圆螺母能通过大幅值浪涌电流试验,这对于提高直流支撑电容器的安全运行很有参考价值。

基于预充电模型与低频采样的直流支撑电容器电容辨识方法

直流支撑电容器是列车牵引变流器的重要组成部分,主要用于整流器的输出电压滤波与稳压,并保证逆变器的高效运行。电容是衡量电容器剩余使用寿命的重要指标。在恶劣的工作环境中,电容的减小速率往往比预期更快,准确、有效地对电容进行估计是直流电容器状态监测的必要条件。然而,在轨道交通应用中,中间直流环节电压传感器的信号噪声波动幅值与纹波分量波动幅值几乎相同,导致现有电容器状态辨识方法对电容的辨识误差明显上升。针对此问题,提出一种基于预充电模型与低频采样的直流电容器电容估计方法。首先,对预充电过程进行分析,建立离散数学模型以减少噪声的影响。在此模型基础上,推导电容器电容的计算公式,采用带噪声估计的RELS算法进一步减小噪声影响并获得模型参数的准确估值,进而对直流支撑电容器电容进行精确辨识。最后,在dSPACE平台上验证该方法的快速性和鲁棒性。研究结果表明:该方法可以在较低的采样频率下实现电容的准确计算;与现有估计方法相比,该方法在地铁等轨道交通场合具有较大优越性。

直流支撑电容器工作温升特性研究及优化设计

直流支撑电容器作为储能元件,在变流系统中主要起到电压支撑、滤波等作用。在连续工作中,持续的冲击电压、纹波电压及纹波电流加剧了电容器工作温升,严重影响电容器运行的可靠性。以某型号直流支撑电容器为研究对象,搭建了电容器有限元仿真模型,分析了芯子和铜排损耗对电容器工作温升的影响,通过仿真结果与试验结果对比分析验证了仿真模型的正确性。重点研究了铜排功率损耗对电容器工作温升的影响,通过遗传算法对铜排结构参数进行优化设计,设计方案有效降低了电容器内部温升。研究结果表明:当铜排厚度为0.4 mm,铜排宽度为9 mm时,电容器工作温度可以有效降低3.15℃。

直流支撑电容器的纹波电流影响其温升的研究

风电机组当中直流支撑电容器属于使用较为普遍的一种电容器,而对发电总量较大、内部结构相对较为复杂的风电机组而言,薄膜电容器能够达到更好的使用稳定性。对薄膜电容器使用稳定性影响最高的因素为热稳定性,风电机组的整流逆变器工作过程中能够导致电容器芯子温度提高并导致电容器的温度产生整体性的升高。而由于整流逆变器为封闭结构,因此长期处于高温状态下电容器不仅能够出现故障的情况,同样可能产生击穿的风险、本文针对纹波电流的影响,采用实验进行了分析。

直流支撑电容器温升影响因素研究

在电机控制器中,电池包的直流电作为输入电源,需要通过直流母线与电机控制器连接,该方式叫DC-LINK或者直流支撑,其中的电容我们称之为母线电容或者支撑电容或者DC-Link电容。该电容受到使用环境以及设备参数的影响出现温升,会对该类型电容器的正常使用形成一定的影响甚至导致使用安全风险。本文对风电机组直流支撑电容的一般结构进行了分析,并分析了常用类型支撑电容的基本技术参数。本文对电容的温升影响因素进行了分析,并通过对比实验进一步明确了导致电容温升的主要原因,以及温升能够对电容温升包括电容使用安全造成的影响。

基于预充电过程的牵引变流器支撑电容器参数辨识方法

支撑电容器是牵引变流器的关键部件之一,起着稳定直流侧电压的作用。支撑电容器若长期处于高温、高压的环境,其等效串联电阻会逐渐增大,电容器的性能会逐渐衰退,从而影响变流器的可靠性。根据电容器的健康状态采取不同的维修策略,可以提高牵引系统的安全性和可维护性。为此,文章针对机车牵引变流器提出一种基于预充电过程的支撑电容器参数辨识方法,以实现对支撑电容器的失效预警。其不需要增加传感器,而是利用机车每次启动预充电过程的中间电压以及二次侧电流信号,根据支撑电容器等效电路建立参数的辨识模型;与传统的基于梯度下降的参数辨识算法不同,文章采用遗传算法在参数变化区间内搜索最优值进行等效串联电阻的辨识,以提高参数辨识的可靠性。在不同噪声情况下进行仿真实验并通过模拟机车预充电过程进行物理实验,结果显示,辨识误差均在±3%以内,验证了所提出方法的有效性。

三相电压源逆变器直流侧支撑电容的电压脉动分析与设计

分析了三相逆变器在正弦脉冲宽度调制(SPWM)、3次谐波注入与典型空间矢量调制(SVPWM)几种情况下直流母线输入电流的成分,对于平衡线性负载而言,指出了母线输入电流中的谐波频率仅处于开关频率、开关频率的倍频及其各自的边带,进而得出了直流侧支撑电容在一个开关周期中不同时间段的电压脉动表达式。依据电容电压脉动表达式,提出了一种适用于常用调制方式的支撑电容设计原则。仿真与实验结果表明根据该设计原则可以达到很小的输出电压波形畸变率,表明了文中分析和设计的正确性。

多相H桥逆变器支撑电容电流计算

直流支撑电容电流计算是变频器设计的一个关键步骤,现有方法多是针对传统的三相变频器展开,鲜有关于多相变频器的相关计算研究。针对直流侧并联型多相H桥逆变电路拓扑和SPWM的调制方式,采用开关函数法对其直流支撑电容电流有效值进行了分析计算,并给出该种电路拓扑下适用于任意有限相逆变器的直流支撑电容电流有效值计算公式,分析了逆变器相数、调制比和功率因素对电容电流有效值的影响。仿真与实验证明,该计算方法准确性较高,使用所提出的公式可以有效地实现多相H桥逆变器直流支撑电容电流计算。

直流支撑电容器用聚丙烯膜击穿和自愈特性研究

直流支撑电容器作为储能元件,应用于柔性直流输电中时,主要起电压支撑、谐波滤波等作用,持续承受直流叠加纹波电压以及高峰值电流作用。本文以厚度 6 μm 的聚丙烯膜为例,研究了直流叠加谐波作用时谐波次数和方阻对薄膜的击穿和自愈性能的影响,研究结果表明,当谐波电压为 100 Vrms,次数为 1~5 次时,谐波次数对薄膜的击穿电压无影响;击穿基本发生在交流电压正半波峰值及其附近。方阻增大,击穿电压增大,自愈能量减小,且均存在饱和的趋势。进一步,提出了直流支撑电容器用薄膜参数设计的建议。

基于载波移相控制的脉冲整流器直流侧支撑电容电压谐波抑制研究

以电力牵引交流传动系统中两重化脉冲整流器拓扑为研究对象,以实现其直流侧支撑电容电压谐波抑制为目标,首先从理论上分析了直流侧支撑电容容量的设计方法;然后分析了稳态运行时直流侧电压高次谐波的产生机理,并重点分析了两重化脉冲整流器载波移相控制方法对直流侧脉动的影响。理论分析表明直流侧电压高次纹波主要分布在2倍开关频率附近,载波移相控制技术可以有效地抑制直流侧2倍开关频率附近的纹波电压,从而减小直流侧电压纹波系数。因此在传统直流侧支撑电容容量设计方法的基础上,加入载波移相控制可以进一步减小所设计的支撑电容大小。最后对未添加载波移相控制和添加载波移相控制的方法分别进行了计算机仿真和半实物试验测试。Matlab仿真和dSPACE半实物测试结果都验证了理论分析的正确性和有效性。

牵引变流器中支撑电容器研究

为牵引变流器中支撑电容器的参数选择提供了理论依据。首先以脉冲整流器为例对支撑电容器参数计算原理进行了详细推导,并采用仿真方法进行了验证,对5种常用支撑电容器选型方法进行了归纳,5种方法分别为电路分析计算法、仿真法、估算法、能量计算法、试验验证法。

直流供电的三相电压源逆变器支撑电容的优化设计

对于直流供电的三相电压源逆变器,通过估算和根据经验选取电容会导致严重的过设计,不利于节省空间和成本。为此,分析了直流侧支撑电容抑制直流母线高频谐波电流的机理,建立了永磁同步电机空间矢量脉宽调制下直流母线输入电流的模型,推导出直流母线高频谐波的最大幅值为输出相电流峰值,得到了电容电压和电流脉动关于调制比和负载的表达式,并给出了能减小直流母线高频谐波的电容选取方法。按照设计的电容参数搭建了仿真和实验平台,结果表明:所提的支撑电容选取方法能在有效抑制直流母线电流谐波的同时避免过设计。

PWM整流器中支撑电容的研究

随着电力电子技术的发展以及人们对电路中谐波危害的认识,PWM整流技术以其功率因数高,对电网产生的谐波冲击小而得到了迅猛的发展。但以往对电路中的关键部件———支撑电容选取的研究不是很充分,使得支撑电容的选取具有一定的盲目性。从电路的功率传递关系出发,得到了支撑电容的一种计算公式,并通过仿真验证了此公式的正确性。

单相H桥变换器直流支撑电容分析计算

直流支撑电容是变流器中的一个重要元件,其好坏直接影响到整个变流器的寿命。工作温度是电容可靠性设计的重要方面,主要取决于环境温度和流过电容纹波电流有效值。假设直流母线电压无波动,输出电流为理想正弦的前提下,推导出了单相H桥变换器直流支撑电容电流的谐波频谱及有效值的解析表达式。从表达式可以看出,纹波电流主要取决于调制度、输出电流幅值和相位。利用MATLAB仿真可知,即使忽略了输出电流的纹波电流和母线电压波动,提出的推导结果与仿真结果吻合较好。因此该方法能有效解决单相/多相H桥PWM变换器的直流支撑电容设计问题。

HXD1型机车变流器中的直流支撑电容

HXD1型交流机车直流中间回路起着衔接整流和逆变两个环节的作用,其支撑电容不但能稳压、滤波,还能给交流电机负载提供无功功率。本文简单介绍了HXD1型变流器中直流支撑电容的作用、容量的取值、联接方式及放电检测方法。为更深入地研究牵引变流器中的直流支撑电容提供一种了解途径。

中频电源并网运行直流支撑电容安全性研究

中频电压源型逆变器并联运行时,IGBT内部并联二极管在逆变器启动前实际上做整流器运行,直流支撑电容有可能在充电过程中损坏。对比工频逆变器,分析了中频逆变器并联的特点,建立了系统简化模型,从理论上分析了并联电抗,直流电压利用率与滤波电容对直流支撑电容安全的影响,并通过Simulink仿真模型对理论分析进行验证,最后提出了保护支撑电容的措施。

三电平多相H桥变频器支撑电容电流抑制方法

目前对支撑电容电流抑制的研究尚不充分,而电容电流有效抑制可减少支撑电容体积,延长电容寿命,对设备尺寸、可靠性有严格要求的船舶应用场合尤为重要。为此,针对共直流母线三电平五相H桥推进变频器,首先推导载波移相前后推进变频器直流输入电流表达式,并予以理论计算与仿真校核;其次,提出一种可表征不同载波移相角下电流谐波抑制性能评估函数,并得到不同载波移相角下电流谐波抑制性能曲线,结果表明,通过理论计算的载波移相角可实现推进变频器电容电流最优抑制。最后,仿真和试验验证本文所提方法的正确性、有效性。所提方法为在不增加硬件条件下的三电平多相H桥推进变频器支撑电容优化设计提供一种解决思路。