有限元模拟研究表面电荷对锥形微米移液管离子电流整流的影响

离子电流整流是一种物理现象,表现为电压与电流之间的非线性行为,目前在分析化学领域中被广泛用于限域空间内目标分析物的分析检测。通过构建有限元模拟的模型,模拟了不同尖端内壁表面电荷密度对离子电流整流程度的影响,发现离子电流整流程度随着尖端内壁表面电荷密度的增大而增大。这项研究为解释锥形微米移液管离子电流整流行为的发生机理提供了理论依据。

一种大电流整流器的谐波抑制方法研究

针对应用星形联结自耦变压器的大电流整流器,提出一种应用有源平衡电抗器(AIPR)抑制其输入电流谐波的方法。分析不使用有源平衡电抗器时的输入电流、负载电压及自耦变压器的容量;给出有源平衡电抗器副边所接辅助电路的拓扑及其控制方法;当整流器输入电流谐波得到最大抑制时,确定辅助电路输入电流的幅值、频率和相位,并计算有源平衡电抗器对负载电压、自耦变压器容量的影响。实验结果表明,使用有源平衡电抗器后,整流器的输入电流总谐波畸变率(THD)由27%降到了3. 7%,输入电流谐波得到显著抑制;辅助电路的容量仅为负载功率的5. 1%,谐波抑制代价较小;负载电压不受有源谐波抑制方法的影响,仍为6脉波;有源谐波抑制方法改变了星形联结自耦变压器的绕组电流,导致其容量由95%上升到105%。

使用六绕组隔离变压器的大电流整流器研究

为提高整流器的电流输出能力,设计了一种基于六绕组隔离变压器的大电流整流器。该整流器使用六绕组隔离变压器作为移相变压器,隔离变压器的原边绕组采用三角形联结,副边绕组相互独立,输出3组相位依次相差120°的单相电压,分别为3组单相整流桥供电,可有效增大电流输出能力。理论分析、仿真及实验结果表明,该大电流整流器的输入侧和负载侧的电能质量与传统的双反星形整流器相同,但电流输出能力为双反星形整流器的1.5倍;另外,该大电流整流器所用隔离变压器的容量要小于双反星形整流器所用变压器的容量,这在一定程度上可以提高该整流器的功率密度。

基于叉形联结自耦变压器的大电流整流器研究

为减小移相变压器体积,提高整流器功率密度,提出一种使用叉形联结自耦变压器的6相大电流整流器。通过分析大电流整流器的特点,得到理想大电流整流器应由移相自耦变压器和两组三相半波整流电路组成;根据大电流整流器对移相自耦变压器的结构要求,设计移相角等于π/3的叉形联结自耦变压器,将其应用于大电流整流器,分析大电流整流器的输入电流、负载电压及叉形联结自耦变压器的容量。理论分析和实验结果表明,所提出的大电流整流器与双反星形整流器具有相同的电能质量,但输出相同的负载功率时,叉形联结自耦变压器的容量比双反星形变压器小30%,可显著提高整流器的功率密度。

基于现场总线技术的大电流整流控制系统

针对某电化厂大电流整流装置设计了一套现场总线控制系统(fieldbus control system,FCS)。给出了系统结构图,并详细说明FCS的设计方案。提出现场总线技术在大电流整流控制系统应用中需注意的几个问题。采用了这套FCS后,保证了装置的安全平稳运行,显著提高了该厂的生产效率和管理水平。

可编程控制器在大电流整流机组控制保护系统中的应用

在工业生产实践中,为了保证安全生产,有效地预防因电流等因素造成的安全事故或者是设备损坏,需要加强保护系统的建设和利用。就保护系统的具体应用来看,灵敏性和控制稳定性是系统保护必须具备的,可编程控制器能够提升系统保护的灵敏性和控制稳定性,所以本文就其具体应用做分析,旨在为实践提供指导与帮助。

基于现场总线技术的大电流整流控制系统

本文针对某电化厂大电流整流装置设计了一套现场总线控制系统(field bus control system,FCS)。给出了系统结构图,并详细说明FCS的设计方案。提出现场总线技术在大电流整流控制系统应用中需注意的几个问题。采用了这套FCS后,保证了装置的安全平稳运行,显著提高了该厂的生产效率和管理水平。

面向电流源型PWM整流器的双矢量模型预测直接功率控制

电流源型脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)整流器因其网侧存在LC滤波器,系统的控制难度增加。传统直接功率控制策略下的整流器功率波形存在脉动,因模型预测控制具有卓越的动态特性以及直观的控制规律,采用模型预测直接功率控制(Model predictive direct power control,MPDPC)对传统控制策略进行改进。首先建立了三相PWM整流器的数学模型,给出了每个采样周期内的功率变化率,并推导出相邻采样周期之间的功率关系,然后给出基于单矢量的模型预测直接功率控制策略,提出了基于双矢量的模型预测直接功率控制策略,并优选出两个电流矢量,计算在一个采样周期内的作用时间,并对其进行修正。最后,在Matlab/Simulink仿真软件验证了所提控制策略的可行性和有效性。

不平衡电网下电流源型PWM整流器改进型无差拍控制

三相电流源型PWM整流器运行在电网电压不平衡情况下,引起直流侧及网侧电流存在大量低次谐波,势必对后级变换器供电稳定性、安全性等存在不利影响。针对该问题,首先建立整流器数学模型,推导出不平衡电网下直流侧电压和网侧电流表达式,揭示出系统直流侧和网侧电流产生低次谐波的机理。其次,根据瞬时功率理论设计内环电流参考指令,并利用无差拍控制实现网侧电流对参考电流的跟踪。然而传统无差拍控制存在延时问题,将影响网侧电流的跟随性能,造成电能质量下降。为解决该问题,提出了网侧电流内环改进型无差拍控制,利用两步预测法补偿系统延时。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证所提控制策略的正确性与有效性。结果表明,所提方法能有效抑制直流侧和网侧电流低次谐波,实现网侧电流正弦化和直流侧电压稳定输出。

三相电流型整流器的线性自抗扰控制

针对传统电流型整流器采用双闭环比例积分控制器(PI)控制存在输出超调较大,系统抗干扰能力差,响应时间过长的问题,采用线性自抗扰控制策略,利用线性扩张状态观测器(LESO)对电流型整流器的扰动进行观测和补偿。通过对电流型整流器的数学模型以及线性自抗扰控制器(LADRC)结构原理进行分析,设计了电流型脉冲宽度调制(PWM)整流器的LADRC电流外环控制器及电流内环d轴和q轴控制器,通过仿真平台将PI控制和LADRC控制的控制效果进行了比较和验证。仿真结果表明:线性自抗扰控制相较于PI控制抗干扰能力更强,响应时间更短且没有超调。

一种实现电流型PWM整流器直流侧电压波动抑制的控制方法

三相电流源型脉宽调制整流器发生负载突变时,将导致直流侧输出电压波动。针对该问题,提出一种自抗扰控制与无差拍预测控制级联的综合控制策略。首先,建立整流器在两相静止坐标系下离散化数学模型,电流内环引入无差拍控制策略实现对网侧电流的快速跟踪。为降低控制延时带来的影响,将控制算法预测至k+2时刻并利用算术迭代过程消掉k+1时刻电流,从而提高了网侧电流控制精度以及降低了电流谐波含量。此外,外环引入自抗扰控制直流侧输出电压,通过扩张状态观测器实时估计系统扰动量并加以补偿,克服了传统比例积分控制器参数控制裕度不足和抗干扰能力差等问题。最后,通过MATLAB/Simulink软件以及6 kW实验样机对所提控制策略进行验证。结果表明,系统负载在突增、突减变化时,其输出电压波动能有效抑制在22 V以内,同时保证满载运行时网侧电流总谐波畸变率低至1.98%。

基于IGCT串联的电流源型融冰装置

针对冬季输电线路覆冰问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)串联的电流源型直流融冰装置及其控制方法。该融冰装置采用电流源型整流器拓扑,兼有直流侧融冰与交流侧无功补偿的功能。所提控制方法首先采用瞬时功率理论分解交流侧的瞬时有功、无功,根据融冰功率与交流侧无功补偿需求分别进行有功、无功双环解耦控制。为节约装置成本、减少传感器使用,提出一种不依赖电容电压传感器的控制方法,通过网侧电压、电流的差分计算得到LC滤波器的电容电压。为抑制高频谐波对控制系统的不良影响,引入虚拟电阻控制单元对LC滤波器的高频谐波进行前馈抑制。最后,考虑具体应用场景设计1台交流侧电压10 kV、最大融冰电流1000 A的融冰装置样机,通过实验验证了所提技术方案和控制方法的有效性。

谐波振荡抑制式电流源型整流器模型预测控制策略

电流源型整流器(current source rectifier,CSR)具有短路保护和降压能力等特点,可应用在直流微电网、数据中心和电机驱动等领域。电流源型整流器的交流侧采用LC二阶滤波器,传统控制器的设计面临着谐波振荡及参数整定难题。为此,提出一种面向谐波振荡抑制的模型预测控制方法。对影响谐波振荡现象的直流电流与滤波电容电压进行研究,提出预测方法;在此基础上,建立价值函数,并提出相对应的模型预测控制策略(model predictive control,MPC),通过该控制方案,CSR能够得到较好的稳态表现及动态响应,在运行于单位功率因数的同时,可以抑制谐波振荡现象的发生。最后,使用MATLAB搭建仿真模型,对所提控制策略的有效性进行验证。

电流型PWM整流器多环控制策略及其参数设计

通过对三相脉宽调制电流型整流器(current source rectifier,CSR)的分析,利用前馈解耦控制策略,建立了d-q坐标系下多环控制的线性大信号数学模型。为了有效抑制整流器输入侧电感–电容滤波器产生的并联谐振,文中引入电容电压反馈有源阻尼控制环路。基于频域法对含有源阻尼控制、延迟环节的电流内环进行分析,并辅助Matlab中单输入–单输出设计工具,优化内环控制器零点位置与环路增益,以兼顾系统动态响应与稳定性。由于电流外环与运行工作点有关,针对电池组容性负载,该文提出电流外环开关选择控制器,根据负载电动势并依照所制定的映射法则,选择相应的控制器参数,从而改善系统在宽范围运行时的性能。最后,通过计算机仿真和实验样机测试,验证了该文所提出的控制方法与参数设计,不仅使三相CSR系统表现出良好的动、静态性能,而且在宽输出电压、电流变化范围内,能够保持单位功率因数以及较低的网侧电流畸变。

三相电流型PWM整流器的功率因数控制方法

由于三相电流型PWM整流器需要在交流侧加入LC滤波电路,如果不加入任何功率因数控制,电源电流将超前电源电压。为了有效地控制系统的功率因数,本文提出了一种简单可靠的功率因数控制方法。该方法只需检测网侧电源电压和电源电流,不需要其他任何系统参数,因此具有很高的可靠性。不同于以往的基于静止三相abc坐标系的控制方法,本文将控制算法建立在以电源电压矢量定向的dq同步旋转坐标系上,这使得整个控制系统的实现更加简单。本文提出的功率因数控制算法能够自动调节系统,使其运行在可以达到的最大功率因数运行点。对比分析了采用和未采用功率因数控制时在不同直流侧电流下系统的功率因数特性,证明了该控制能有效提高系统的单位功率因数运行范围。通过仿真并进一步在一台5kVA样机上进行的试验,证明了该方法的有效性和可行性。

静止坐标系下电流型PWM整流器电流环控制策略研究及其参数设计

通过分析三相脉宽调制电流型整流器(current source rectifier,CSR)在两相静止坐标系中的数学模型,利用瞬时功率理论建立电压定向的CSR功率控制策略。为了有效抑制整流器输入侧LC滤波器产生的并联谐振,文中引入电容电压反馈有源阻尼控制环路。采用频域法对电流内环开环传递函数进行研究,针对静置坐标系下电流内环在动态响应和稳定性方面的限制,提出电流内环级联滞后补偿控制方法。详细研究电流内环比例谐振控制器及各参数对其性能的影响,并根据性能指标要求确定系统参数。利用根轨迹分析滤波电感变化对电流内环稳定性影响,并明确有源阻尼反馈增益与系统鲁棒性的关联性,最后对控制器进行离散化处理以实现数字控制。仿真和在60 kVA三相CSR样机实验结果表明,所提出的控制方法能够实现良好的动、静态性能,单位功率因数以及有效抑制网侧电流畸变。

基于DSP的电流型空间矢量PWM整流器

传统的电流型PWM整流器 (CSR)一般采用三值逻辑SPWM调制技术 ,通过相间解耦预处理的方法获得实际PWM控制波形 ,过程复杂且直流电流利用率较低。本文基于矢量控制思想 ,充分挖掘DSP芯片二级中断功能 ,使得三值逻辑PWM控制波形的发生和控制方案的实现大为简化。文中建立了近似的电流型PWM整流器传递函数模型 ,为系统的综合提供了依据。实验结果验证了电流空间矢量整流器基本原理。

电流型PWM整流器低电压应力空间矢量PWM(SVPWM)研究

为了有效降低三相电流型PWM整流器(CSR)功率管的电压应力,提高CSR运行可靠性,在详细分析了三相CSR功率管换相过程基础上,提出了基于空间矢量(SVPWM)的三相CSR低电压应力控制新方案。该方案通过实时调整矢量合成顺序,使原本不处于自然换相的功率管处于自然换相状态,从而降低了三相CSR功率管的电压应力。另外,由于采用了SVPWM控制,使得三相CSR具有电流利用率高、开关损耗小、动态响应快等优点。因此,新方案特别适合于大功率三相CSR变流系统的设计。理论分析和试验结果证明了方案的正确性。

苦参碱对缺血性心室肌细胞快速延迟整流钾电流的作用

目的观察苦参碱对病理条件下(缺血、酸中毒)单个心室肌细胞快速延迟整流钾电流(rapid component of delayed rectifier potassium current,IKr)的作用,初步探讨苦参碱治疗缺血性心律失常的作用机制。方法冠状动脉左前降支结扎建立家兔心肌梗死模型,应用全细胞膜片钳技术记录酶解法分离的心肌梗死模型家兔苦参碱灌胃1mon后右心室心肌细胞IKr的变化。在pH=7·4和pH=6·5的条件下,应用全细胞膜片钳技术记录苦参碱对酶解法分离的豚鼠心室肌细胞IKr的作用。结果在正常细胞外液(pH=7·4)的条件下苦参碱(50μmol·L-1)降低IKr,在刺激电压为+60mV时,IKr电流密度由(12·15±0·70)pA/pF降低至(9·22±0·65)pA/pF(n=8,P<0·05)。在细胞外液酸化(pH=6·5)的条件下苦参碱(50μmol·L-1)仍表现抑制IKr电流的作用,在刺激电压为+60mV时,IKr电流密度由(7·05±0·41)pA/pF降低至(5·76±0·28)pA/pF(n=8,P<0·05)。家兔冠状动脉结扎1mon后,在刺激电压为+60mV时,心肌梗死组家兔心室肌细胞IKr电流密度为(1·17±0·12)pA/pF较正常组(1·70±0·11)pA/pF降低(n=12,P<0·05)。苦参碱组(8mg·kg-1·d-1)家兔心室肌细胞IKr电流密度为(0·86±0·25)pA/pF较心梗组降低(n=12,P<0·05)。结论苦参碱阻断心室肌细胞IKr,可能是其延长有效不应期,降低异位节律的发生率,治疗心律失常的机制之一。苦参碱对酸化条件及长期心肌缺血后心室肌细胞IKr仍表现出明显的抑制作用,表明其对心肌梗死后心律失常有效。

电流型双向PWM整流器SPWM与SVPWM控制输出特性比较

在PWM整流器的控制算法中,SVPWM因具有比SPWM更高的电压(电流)利用率而得到广泛的应用。但是当这两种控制算法在应用于有源逆变(如太阳能并网发电,电流源型APF)却呈现了完全相反的实验特性。基于根据指令电流产生触发脉冲时SPWM和SVPWM的不同机理,以能量传输和面积等效原理为依据,讨论了电流型SVPWM和SPWM输出电流特征,得到了在相同条件下,有源逆变时SPWM比SVPWM具有更高的电流利用率的结论,给出了SPWM和SVPWM电流型逆变器的仿真和实验结果,并以此为基础,以提高能源利用率为目的,提出了双向电流型PWM控制的新思路。