考虑交叉耦合效应的混合励磁开关磁链电机转子位置估计

针对使用高频电压注入法估计混合励磁开关磁链永磁(HESFPM)电机转子位置时,由于直轴和交轴之间的交叉耦合效应使得转子位置估计精确度降低的问题,提出了一种对交叉耦合效应进行角度补偿的HESFPM电机励磁绕组高频电压注入位置估计方法。通过电枢绕组α、β轴高频电流响应估计转子位置,分析了交叉耦合效应对所提出的高频电压注入位置估计精确度的影响,通过离线方法测量出该效应导致的交叉饱和角,并进行无位置传感器控制在线角度补偿。最后,通过12槽10极HESFPM样机进行实验验证,实验结果表明电机运行在不同转速、负载工况下,所提方法能够有效减小位置估计直流偏置误差,具有良好动态跟随性能。

灭磁开关中快速斥力机构动态特性影响因素分析

为了提高快速斥力机构的分闸速度,采用有限元法,根据灭磁开关对快速斥力机构的动态特性要求,利用Maxwell电磁仿真软件对快速斥力机构建立二维轴对称模型,仿真分析斥力盘厚度、半径、材料、间距、线圈匝数、电容容量和电压对快速斥力机构动态特性的影响。结果表明,优化相关参数可提高快速斥力机构动态特性,能为快速斥力机构样机设计提供指导。

一起灭磁开关不明原因跳闸事件的分析

就倒厂用电过程中灭磁开关不明原因跳闸进行故障分析、原因查找,最终确认故障原因为灭磁开关内部接线错误与倒厂用电过程中事故照明系统造成的直流系统接地点形成直流系统两点接地,导致灭磁开关跳闸。对开关不明原因跳闸、直流系统绝缘等相关问题进行思考。

发电机灭磁开关误跳闸的故障原因分析及处理

某电厂发电机组在正常运行工况下,发生了一起因发电机灭磁开关误跳闸导致机组停机故障事件。现主要阐述了故障事件经过和故障检查情况,分析了误跳闸原因,并据此制定了事故防范措施,以避免类似机组失磁停机事件发生,保证发电机组安全可靠稳定运行。

一种永磁开关磁阻电机的研究与有限元分析

针对开关磁阻电机转矩脉动大的问题,提出了一种在转子上加入稀土永磁体的新型电机结构,并分析了电机的运行原理。采用Ansys软件仿真分析了永磁开关磁阻电机和开关磁阻电机的转矩性能及永磁体位置对转矩的影响。仿真结果表明,转子加入永磁体且永磁体位置靠近转子极弧的电机转矩更大、转矩脉动更小。

环形磁芯磁开关设计

在同时考虑磁芯与绕组间绝缘距离和磁芯横截面磁场非均匀的条件下,推导出了环形磁开关磁芯体积计算公式,并以此为基础,提出了获得最小磁芯体积的优化设计方法.利用所提出的最小磁芯体积设计方法,对一个具体的环形磁开关实例进行了计算和设计,当绝缘距离由15mm(径向和轴向绝缘距离相等)增加到45mm时,磁芯体积增长了1 2倍;径向绝缘保持15mm不变,轴向绝缘距离由15mm增加到45mm时,磁芯体积增加了20%.计算结果表明:绝缘距离是影响磁芯大小的重要因素,采取良好的绝缘方法,减小绝缘距离是降低磁开关磁芯体积的一条重要途径.

μs级脉冲激励下磁开关磁芯磁特性

为测试磁开关磁芯在μs级脉冲激励下的磁特性,设计并制作了基于没有附加磁芯复位电路的单级磁脉冲压缩系统,3块被测磁芯分别代表铁基非晶、Ni-Zn和Mn-Zn 3种软磁材料。磁芯的磁滞回线由测量所得的磁开关两端电压和电流数据经计算得到,由磁滞回线可知这3种软磁材料在μs脉冲激励下的各种特性参数。通过分析比较这些特性参数可知:铁基非晶磁芯具有最大的磁通跳变,同样的V-s积和匝数时,铁基非晶磁芯所需体积最小;Mn-Zn铁氧体磁芯具有最小的能量损耗,适合高重复频率下的应用;Ni-Zn铁氧体磁芯饱和后的相对磁导率最低,适用于较高压缩增益的磁压缩电路中。

用磁开关产生重复频率多路同步高压脉冲

介绍一种重复频率多路同步高压脉冲产生装置。该装置利用一个高压脉冲变压器对并联的多根脉冲形成线谐振充电,每根脉冲形成线用一个磁开关作为它的脉冲形成开关,通过调整每个磁开关的伏 秒数并使其一致,从而获得同步输出的多路高压脉冲,整个系统的重复频率则由调控氢闸流管来控制。该装置具有kHz重复频率、同步精度小于2ns。

用于弱磁扩速运行的三相6/5极永磁开关磁链电机的分析与优化设计

介绍了三相6/5极永磁开关磁链电机的结构特点和运行原理,并在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感在电机弱磁扩速中的作用,通过有限元分析研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响。结果表明,该电机的磁链和反电势波形接近正弦,适用于永磁无刷交流电动机的控制方式;电机可通过定转子齿宽搭配来设计相对较大的直轴电感。在上述分析的基础上,对一台电机进行了优化设计,制作了样机,并进行了实验验证。

永磁开关磁链直线电机若干优化设计方法

永磁开关磁链直线电机除具有常规永磁直线电机的优点外,还具有显著的成本优势,因此具有很好的应用前景。本文在简要说明该类电机的基本结构与原理之后,指出通过合理调整初级与次级铁心的外形尺寸来减小反电动势谐波含量与电机推力波动,采用磁桥结构提高弱磁控制能力和初级铁心机械强度,借鉴旋转电机齿槽力矩的抑制方法来削弱推力波动的齿槽效应成分,并提出辅助齿结构来有效削弱推力波动的端部效应成分,最后还给出了一种模块化结构形式来提高电机的容错性以及边端线圈与内部线圈的对称性。

磁开关在强脉冲能源模块中的设计和应用

强脉冲能源模块主放电回路中使用两电极开关时,必须借助触发装置输出1个高频高压脉冲施加在开关电极两端形成过压触发。为了保证开关的可靠触发以及保护能源模块中的预电离支路和氙灯负载等关键元件,主放电回路中必须加磁开关以隔离触发高压。因而该文从分析实际主放电回路的工作原理入手,提出了采用铁基纳米晶的磁开关应用于能源模块主放电回路的解决方案,给出了设计和实现磁开关的理论计算依据和材料选择方法。通过对磁开关实物在能源模块样机上的性能实测,证明磁开关能够有效地隔离100kV的脉冲高压,在额定工况下的饱和时间为0.3μs,饱和电感为0.6μH。该研究为磁开关在大型脉冲功率装置中的工程设计和应用提供了参考。

基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。

铁基非晶磁环磁开关设计

分析了磁开关的工作原理及其工作过程进行了分析,推导了磁开关磁芯体积公式,给出了多级磁脉冲压缩电路所需的条件,使用Pspice对磁开关的工作过程进行了模拟。根据理论分析和数值模拟的结果,设计了一台10 kV级,压缩比为8.3的磁开关,并在实验中将10 kV,9.2μs的脉冲压缩为10 kV,1.3μs的脉冲。针对该实验平台设计了一种便捷的磁芯动态磁滞回线测试方法,运用该方法不需搭建测试平台,直接在单级磁脉冲压缩电路平台上即可完成磁芯参数的测量和磁滞回线的绘制。

基于磁开关的高压高频脉冲陡化电路的设计

根据磁开关技术和磁脉冲压缩的原理,设计了一种高压高频脉冲陡化电路。该电路将峰值5 kV、重复频率5 kHz的电压脉冲进行陡化,使其脉冲上升沿由50μs陡化为40 ns。分析了磁开关陡化脉冲的原理和设计方法,并建立了电路的PSPICE仿真模型,仿真结果表明,磁开关可有效陡化高压高频脉冲。

能源模块磁开关工作特性分析

为保证气体开关可靠触发和其他器件的绝缘安全,神光III能源模块的主放电回路采用磁开关来隔离触发电压,能源模块选择铁基纳米晶环形磁芯作为磁开关。为验证磁开关在能源模块中的工作特性,建立了与工况类似的基于电容放电型测试平台,获得高、低铁基纳米晶材料在一定磁化速率、磁感应增量下的平均相对脉冲磁导率和伏秒积,理论推导了磁开关在能源模块中的平均非饱和电感、饱和电感和饱和时间。理论计算和实测结果表明,能源模块中磁开关的平均非饱和电感约为14 H、饱和电感约为0.6 H、饱和时间约为0.70 s,满足工程设计要求。低剩磁铁基纳米晶材料较高剩磁铁基纳米晶材料更适合作为能源模块磁开关的磁芯。

永磁开关磁链电机弱磁运行的结构与性能

在弱磁扩速原理的基础上说明了直轴电感对永磁电机弱磁性能的影响,研究了三相永磁开关磁链电机不同结构下的弱磁扩速能力,并提出了相应的结构设计思路.通过定性的磁路分析和定量的电磁场有限元计算研究了不同转子齿高、齿宽对电机直轴电感和弱磁能力等性能的影响,并对6/5极和12/10极2种结构电机的运行性能和弱磁能力进行了对比分析.研究表明,在逆变器容量确定的前提下永磁开关磁链电机可以通过定转子齿宽优化来设计较好的运行性能和较大的直轴电感,提高弱磁能力;6/5极和12/10极结构电机都具有良好的扩速能力,但前者较优.通过实验还验证了6/5极结构电机的弱磁扩速能力.

基于Marx和磁开关的方波脉冲电源的研制

设计了一种全固态高压重频方波脉冲发生器,主要由Marx发生器、脉冲形成线和磁开关构成。Marx发生器通过电感对脉冲形成线进行充电,将其充电至所需电压水平;当脉冲形成线充电至峰值电压时,磁开关饱和;脉冲形成线通过饱和的磁开关对匹配负载进行放电,在负载上形成一个高压方波脉冲。串入电感与磁开关相互匹配,不仅直接影响放电过程,同时也决定着磁开关需承受的伏秒数和负载上的预脉冲大小。介绍了Marx发生器和磁开关的设计,在单次和5kHz重复频率下分别进行实验。在50Ω的匹配电阻负载上,获得电压幅值为12.5kV、电流幅值为250A、上升时间为46ns、脉宽为220ns的方波脉冲。对放电过程进行了PSPICE仿真模拟,仿真结果与实验结果匹配良好。

基于磁开关技术的长脉冲驱动源初步研究

基于磁开关技术提出了一种高功率长脉冲驱动源方案,主要包括脉冲变压器、磁脉冲压缩、低阻抗脉冲形成网络、磁开关类型主开关,以及感应电压叠加器等关键子系统;研制了各关键子系统并开展了单独的实验调试,基于跑道型磁芯制作了闭环磁芯脉冲变压器,采用硬连接绕组方式制作了方便调节的两级磁压缩系统,利用陶瓷电容器制作了圆周对称的Blumlein型低阻抗脉冲形成网络,配合低阻抗脉冲形成网络研制了磁开关类型主开关,基于单端口馈电和角向传输线技术建立了四级IVA实验装置;在上述关键子系统调试基础上,开展了全系统的初步联合实验,验证了技术方案。

基于永磁开关的电容器组同步投切装置的研制

同步投切技术的实质是根据不同的负载特性,控制永磁开关在电压或电流最有利的相位下完成合闸或分闸,以主动消除开关过程中产生的过电压和涌流等电磁暂态效应。无功补偿电容器组的同步投切是当前同步开关技术的主要应用领域。笔者研制了一台以DSP F2812为核心的电容器组同步投切装置,利用锁相环电路实现同步采样,通过FFT算法准确提取参考信号的过零点,进而实现同步投切。在实验室对样机进行了测试,该投切装置的同步性能优于1 ms,能显著改善了电容器组投切过程的暂态效应。

脉冲压缩电路磁开关动态特性

提出在典型一阶磁脉冲压缩电路的基础上,测取磁芯在实际工作条件下的动态磁滞回线和饱和磁导率等磁参数,再根据所获得的动态参数指导磁开关设计,进行一阶磁压缩实验。实验选取国内外被广泛应用的非晶磁芯和纳米晶磁芯进行测试,根据实测动态磁参数设计磁开关。实测结果表明:用国产非晶磁芯做磁开关可得到上升沿73ns、电压幅值28.3kV、半高宽为503ns的脉冲,用日本产的纳米晶磁芯做磁开关可得到上升沿30ns、电压幅值28.4kV、半高宽为193ns的脉冲。