三电平Buck变换器输出纹波电压畸变机理分析

交错控制三电平Buck变换器受功率开关器件寄生参数的影响,输出电压纹波及电感电流纹波不仅发生了畸变,且纹波电压大小和忽略寄生参数的纹波电压存在较大误差。因此,深入分析了交错控制三电平Buck变换器输出纹波电压畸变机理,建立了考虑功率开关器件寄生参数的电感电流纹波、输出纹波电压的数学模型。在此基础上进行了实验验证,实验结果表明,功率开关器件的寄生参数是导致输出纹波电压波形畸变以及与理想模型产生较大误差的主要原因,验证了理论分析的正确性。所得结论可为三电平Buck变换器的变换器参数设计提供理论指导。

Super-Boost变换器的工作模式及输出纹波电压分析

Super-Boost变换器代替传统的充、放电模块可大大减小电源的质量和体积,提高其功率密度,因此在空间电力系统中具有广阔的应用前景。但由于Super-Boost变换器有多个功率元件,且存在电感电流反向流动特性,导致其供能模式及输出纹波电压较传统Boost变换器复杂。为了给Super-Boost变换器的分析和设计提供正确的理论指导,对Super-Boost变换器供能模式及输出纹波电压进行了深入研究。研究发现,电感L_(1)和L_(2)均存在连续导电模式、伪连续导电模式和伪断续导电模式等工作模式,建立各工作模式的临界电感和输出纹波电压解析数学模型,探讨峰值电流与电感间的关系,得到了满足设计要求的最小电容和最小电感,据此给出了变换器参数设计方法,实验结果验证了理论分析的正确性。

新能源汽车准快速充电装置抑制纹波电压方法研究

本文主要研究增加有源电力滤波器功能的新能源汽车准快速充电装置。分析增大新能源汽车交流充电装置充电功率后,充电器内纹波电压产生的机理以及危害。通过在充电装置内并联有源电力滤波器的方式,通过低通滤波器提取纹波电压后补偿抑制充电时产生的纹波电流。通过模拟测试后的结果分析,可以有效降低纹波电压的产生。

气体类型对正极性重复方波电压下PEEK沿面放电特性的影响

为研究不同气体对电力电子器件绝缘材料沿面放电特性的影响,分别测量了SF6、N_(2)和空气中正极性重复方波电压下聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)的沿面放电电流脉冲,详细分析了3种气体中PEEK的沿面放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV)、放电电流脉冲波形参数以及放电平均时间延迟。测量结果表明,在相同条件下,SF6中PEEK沿面放电起始电压最高,N_(2)中次之,空气中最低;SF6中放电电流脉冲的幅值远小于N_(2)和空气的值,且正向放电脉冲幅值略小于反向放电脉冲幅值,N_(2)和空气中正向放电脉冲幅值大于反向放电脉冲幅值,且N_(2)中两者的差值更大;SF6中放电平均时间延迟最大,N_(2)中次之,空气中最小,SF6中反向放电时间延迟大于正向放电时间延迟,反向放电的加速因子大于正向放电的加速因子;N_(2)和空气中反向放电时间延迟小于正向放电时间延迟,反向放电的加速因子小于正向放电的加速因子。在已有研究的基础上提出PEEK在SF6中的沿面放电模型,对比不同类型气体下的放电特性差异,解释SF6气体环境中PEEK的沿面放电机制。

重复方波电压上升时间对交联聚乙烯电树特性影响研究

相对于传统燃油推进,全电推进具有低能耗、低噪音、稳定可靠等优势,已成为各国海军未来发展方向。变频驱动系统为全电推进提供核心动力,其安全至关重要。连接电缆位于逆变器和电机之间,是变频驱动系统的重要组成部分,长期承受高频过电压冲击,其绝缘有早期失效的潜在隐患。在电应力下电树产生是电缆绝缘失效的重要原因,研究电力电子应力下电缆绝缘的电树特性具有重要意义。本文在上升时间320~960 ns、峰峰值12 kV、频率5 kHz的重复方波电压下,研究了上升时间对交联聚乙烯电树特性的影响规律。研究表明:重复方波上升时间对交联聚乙烯电树引发特性影响显著,随着上升时间减小,相同时间内电树引发概率和引发长度明显增加,电树形态由丛状和单一的枝状逐渐转变为密集树枝状。其主要原因可能为:在重复方波电压的上升沿和下降沿,方波电压极性反转和介质中空间电荷迁移、恢复具有时间差,会引起背景电场与空间电荷的附加电场正向叠加。研究结果有望为逆变器供电条件下电缆绝缘设计提供实验和理论依据。

高压器件封装用有机硅凝胶内气泡对其正极性方波电压下放电特性的影响

有机硅凝胶内气泡缺陷是高压IGBT器件封装的绝缘薄弱环节。该文针对有机硅凝胶内气泡缺陷对放电特性的影响,制备了指定位置含有气泡的有机硅凝胶实验样品,提出了有机硅凝胶内部气泡含量的量化方法,面向器件运行条件下所承受的正极性重复方波电压工况,建立了基于局部放电电流脉冲测量方法的有机硅凝胶局部放电特性实验平台,提出了方波电压下放电电流脉冲的准确测量与提取的方法,通过实验获得了有机硅凝胶内气泡含量对局部放电分布特性及电流脉冲波形参数的影响规律,并给出了气泡对有机硅凝胶局部放电特性的影响机理的定性解释。结果表明:正极性重复方波电压下,有机硅凝胶的局部放电起始电压与熄灭电压均随气泡含量的增加而显著下降,反向放电比例随气泡含量的增加而增加,脉冲上升时间、下降时间随气泡含量的增加而减小。该文成果可为IGBT器件有机硅凝胶灌封工艺的改进提供指导,并为有机硅凝胶气泡含量检测奠定基础。

非正弦波电压下电气设备局部放电特性研究综述

本文对国内外采用非正弦波电压测量局部放电的研究现状进行梳理,归纳总结了连续脉冲方波电压、三角波电压及梯形波电压3种主要非正弦波电压下的局部放电特性,其中深入讨论了脉冲方波电压中电压上升时间、频率及占空比等波形参数对局部放电行为的影响。最后探讨了利用非正弦波电压测量局部放电研究的重要意义及存在问题,提出了非正弦波电压测量局部放电的发展方向,并对如何利用非正弦波电压加强对放电物理过程及绝缘老化机制的理解进行展望。

振荡波电压在XLPE电力电缆检测中的应用

介绍了一种基于振荡波理论的振荡波电压测试系统及其国内外研究现状;讨论了该测试系统在电力电缆的耐压试验、局部放电检测中的应用。研究表明,振荡波电压与交流电压具有良好的等效性,且与交流电压、超低频电压(0.1 Hz)相比,作用时间短、操作方便,可发现XLPE电力电缆中的各种缺陷,不会对电缆造成损伤,因此振荡波电压测试系统具有良好的应用前景。

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式,根据流经电感的最小电流与输出电流的比较,将其分为完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式(CCM)的Boost变换器,既可能工作在CISM也可能工作在IISM;而在不连续导电模式(DCM)的Boost变换器,必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的BoostDC-DC变换器,CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关;CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大;DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大;CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例,并用实验结果验证了理论分析的正确性。

Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感。实验结果验证了理论分析的正确性。

交流和振荡波电压下XLPE电缆典型缺陷局部放电特性研究

局部放电诊断技术被广泛应用在电力电缆绝缘状态的监测之中。为了深入了解电缆的局部放电特性,文中通过仿真实验设计并制作出内部气隙放电、针板放电、沿面放电、悬浮放电4种典型缺陷模型,在交流和振荡波电压下分别对这4种模型的局部放电进行测量,对比分析不同缺陷的局部放电起始电压、熄灭电压、放电波形、频谱图、局放模式等特征参量。各种缺陷的局部放电统计特征具有较为明显的差异,为进一步研究电力电缆局部放电模式识别和绝缘老化特征提供了参考。

振荡波电压法检测交联聚乙烯电缆中间接头新缺陷的试验与仿真

振荡波电压法主要是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理。振荡电压的多次极性变换可在电缆缺陷处激发出局部放电信号,通过高频耦合器测量该信号可达到检测目的。采用振荡波电压法对一条退运电缆且中间接头分别存在压接管表面误用绝缘胶带、主绝缘表面存在水膜时的情况进行了研究。结果表明振荡波电压法对压接管表面误用绝缘胶带缺陷的检出效果比较明显,对其它一些缺陷检出效果不明显,基于有限元分析方法的电场仿真结果也验证了这一点。因此振荡波电压法可否作为10kV交联聚乙烯电缆入网试验的一种替代方法有待进一步研究。

Buck-Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

根据电感电流最小值与输出电流的比较,将Buck-Boost变换器的能量传输模式(ETM)分为完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM和IISM的临界条件和临界电感.将电感电流最小值与零和输出电流进行比较,得出Buck-Boost变换器存在三种工作模式,即CISM、不完全电感供能且连续导电模式(IISM-CCM)和不完全电感供能且不连续导电模式(IISM-DCM).推导出了变换器工作于三种模式时的输出纹波电压表示式,指出对于给定负载、电容和开关频率的Buck-Boost变换器,CISM的输出纹波电压最小且与电感无关,而IISM-CCM和IISM-DCM的输出纹波电压较大且随电感减小而增大.CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感.文中给出实例,实验结果与理论分析一致,但因未考虑器件参数输出纹波电压略高于理论分析值,实验结果验证了理论分析的正确性.

Boost变换器的输出纹波电压分析与最小电感设计

为了便于Boost变换器的小型化、集成化设计以及满足本质安全的要求,根据电感电流最小值的差别,将其分为完全电感供能模式(CISM)、不完全电感供能且连续导电模式(IISM-CCM)和不完全电感供能且不连续导电模式(IISM-DCM).对3种模式的输出纹波电压进行了分析,得出了最大输出纹波电压.指出在给定的工作范围内,最小负载电阻和最低输入电压所对应的CISM和IISM的临界电感,即为使得最大输出纹波电压最低的最小电感,且最大输出纹波电压的极小值与电感无关.实验结果表明:当最小电感接近理论值278μH时,最大输出纹波电压取得极小值;当电感大于该值时,输出纹波电压保持不变;当电感小于该值时,输出纹波电压随电感的减小而增加.实验结果验证了理论分析的正确性.

振荡波电压下10kV交联聚乙烯电缆中间接头的局部放电特性

交联聚乙烯（XLPE）电缆局部放电的振荡波电压检测方法是一种无损检测方法,目前已得到初步应用。为了研究振荡波电压下电缆典型缺陷的局部放电特性,制作了4种10 kV交联聚乙烯电缆中间接头人工缺陷模型,对4种缺陷模型分别施加振荡波电压和工频电压,对比研究了振荡波电压和工频电压下的局部放电特性。研究结果表明：相较于工频电压,振荡波电压下局部放电的脉冲信号上升沿更陡峭,过峰值后衰减更快,在2-3个周期内衰减到0,脉冲持续时间短约3-30μs;同一种缺陷的局部放电3维统计图谱在振荡波电压与工频电压下基本一致,不同缺陷的局部放电3维统计图谱区别明显,为进一步研究振荡波电压作用下交联聚乙烯电缆局部放电的模式识别奠定了基础。

不同频率振荡波电压下XLPE电缆局部放电特性的研究

振荡波检测技术在电力电缆局部放电检测中广泛应用。测试电缆长度不同导致振荡波电压频率发生变化。为了研究不同频率振荡波电压作用下电缆缺陷的局部放电特性,文中使用自主研发的振荡波测试系统检测了热缩式电缆附件在电缆终端无应力管、中间接头错用绝缘胶带替换半导电自黏胶带、交联聚乙烯主绝缘表面由割痕导致的气隙以及主绝缘表面存在金属微粒这4种缺陷的局部放电,对比分析了局部放电起始电压、熄灭电压、放电幅值、放电次数等特征随振荡波频率的变化情况,并对4种缺陷进行模式识别。分析结果表明,局部放电特性随振荡波频率变化而存在差异,4种缺陷的统计特征区分度较大,识别效果较好,具有实际应用价值。

用振荡波电压法检测含有缺陷的10kV交联聚乙烯电缆接头实验

10kV交联聚乙烯电缆中间接头是极易引发故障的部位,分析振荡波电压法检测电缆接头各类缺陷的有效性具有重要意义。对冷缩式电缆中间接头分别制作了误用绝缘带、飞边以及水膜3类缺陷,并利用振荡波测试系统进行高压测试,测试结果表明振荡波测试系统对接头误用绝缘带缺陷反应最灵敏,但无法检测出接头含有飞边与水膜的情形。利用有限元法对制作的缺陷进行电场仿真,仿真结果表明有这些缺陷的电缆接头电场都发生不同程度的畸变,同时证明振荡波电压法不能有效检测出接头飞边与水膜这2类缺陷。

考虑滤波电容ESR的Boost变换器输出纹波电压畸变机理及精确建模

Boost变换器由于受元件寄生参数的影响,输出纹波电压存在多种畸变波形,传统的忽略寄生参数的纹波电压波形分析结果单一,且误差较大,因此需要深入研究揭示纹波电压的畸变机理并建立较为精确的数学模型。研究发现开关变换器输出滤波电容的等效串联电阻(equivalentseries resistance,ESR)是引起输出纹波电压波形畸变及产生较大误差的主要原因。针对传统忽略ESR的Boost变换器输出纹波电压分析方法存在的问题,提出一种考虑滤波电容ESR的纹波电压建模方法,研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式和不连续导电模式均存在5种类型纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。在此基础上进行了实验验证,实验结果验证了纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。

交错并联磁集成Buck变换器本质安全性输出纹波电压的分析

为了使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,将交错并联磁集成技术应用到Buck变换器中,通过合理设置耦合系数,可以增大等效电气电感,同时减小等效本质安全电感,解决了电气指标要求大电感而本质安全特性要求小电感的矛盾。按电感的大小将Buck变换器分为四个工作区域,比较各个区域的最大输出纹波电压,并分析出纹波电压与电感、占空比及负载电阻的关系,得出应在最小占空比与最小负载对应的电感和最小占空比与最大负载对应的电感之间设计变换器。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

同步Buck型开关电源纹波电压抑制方法

通过建立和分析同步降压型(Buck)开关电源小信号平均模型,阐述了连续电流模式下同步降压开关电源纹波电压的产生原因,并给出其抑制方法。仿真分析及实际应用证明,该法能有效减小纹波电压,适合于工程应用。