Characteristics Analysis of the Operational Parameters of a Novel Rectifier Transformer With Filters

新型整流变压器及其滤波系统由网侧、阀侧绕组,独立滤波绕组及与之相连的滤波器组构成,其特殊的滤波支路能够在滤波和无功补偿的同时改善变压器的运行特性。首先推导以谐波抑制因子为表达方式的谐波电流抑制模型以考察谐波传递情况;然后构建网侧绕组电流和负载电流之间的数学关系,藉此研究无功补偿特性,并分析相关的运行参数;之后建立阀侧电压与网侧电压的数学关系,以研究滤波器对阀侧电压的影响。理论分析表明,新型整流变压器及其滤波系统可以有效抑制谐波,降低网侧电流和视在功率,提高网侧功率因数并增加负载电压。实际应用在工业直流供电系统中的新型整流变压器的现场实测结果,验证了理论分析的正确性。该文更全面地揭示了新型整流变压器能改善整流系统的运行特性,所推导的数学模型将为新型整流变压器在降噪节能等方面的进一步研究提供理论依据。

Multi-phase field simulation of grain growth in multiple phase transformations of a binary alloy

This work establishes a temperature-controlled sequence function, and a new multi-phase-field model, for liquid- solid-solid multi-phase transformation by coupling the liquid-solid phase transformation model with the solid-solid phase transformation model. Taking an Fe-C alloy as an example, the continuous evolution of a multi-phase transformation is simulated by using this new model. In addition, the growth of grains affected by the grain orientation of the parent phase （generated in liquid-solid phase transformation） in the solid-solid phase transformation is studied. The results show that the morphology of ferrite grains which nucleate at the boundaries of the austenite grains is influenced by the orientation of the parent austenite grains. The growth rate of ferrite grains which nucleate at small-angle austenite grain boundaries is faster than those that nucleate at large-angle austenite grain boundaries. The difference of the growth rate of ferrites grains in different parent phase that nucleate at large-angle austenite grain boundaries, on both sides of the boundaries, is greater than that of ferrites nucleating at small-angle austenite grain boundaries.

基于SwinT-YOLOX模型的自动扶梯行人安全检测算法

自动扶梯被广泛应用在公共场合,乘客摔倒事故如果不能被及时发现并处理,会造成严重的人身伤害,因此实现自动扶梯智能化监控管理势在必行。受自动扶梯运行环境复杂、行人多以及局部遮挡情况的影响,传统的人体姿态特征摔倒检测模型效果不佳且检测速度减慢。融合Swin Transformer和YOLOX目标检测算法的优秀策略,提出一种基于SwinT-YOLOX网络模型的自动扶梯行人摔倒检测算法。采用Swin Transformer模型作为骨干网络,颈部网络使用添加注意力机制的YOLOX模型,进一步提升特征图的多样性和表达能力。此外,利用漏斗修正线性单元视觉激活函数构建CBF模块,改进颈部网络和Head网络结构,从而获得更优的特征检测性能。实验结果表明,针对自建扶梯行人摔倒数据库和网络采集实际扶梯行人摔倒事故,与AlphaPose、OpenPose、YOLOv5等算法相比,该算法检测性能明显提高,行人摔倒平均检测精度可以达到95.92%,检测帧率为24.08帧/s,能够快速、精准地检测到乘客摔倒事故发生,监控管理平台立刻采取安全急停措施以保证乘客安全。

单相PET级联整流SVPWM均压边界及拓展方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是交直流配电系统互联的重要接口设备,然而后级等效负载不平衡将造成前级整流器各模块的电压偏移。针对单相级联H桥整流器空间矢量调制均压失效问题,推导出基于最优矢量选择均压策略的边界计算方法。根据计算所得的负载不平衡度限制边界与级联模块数、调制度以及功率因数的关系,提出了变调制度和功率因数的控制策略以增加均压能力。该策略通过改变直流电压或降低功率因数来重建更宽的均压工作范围,确保原不平衡度均压极限的系统稳定运行。最后,通过三模块级联整流器的仿真与实验验证了该均压边界的正确性,以及所提均压拓展方法保障极端不平衡负载条件下均压的有效性。

同步整流电路中控制器选型与应用研究

同步整流电路,是采用导通电阻非常低(mΩ级)的功率MOSFET,代替普通整流二极管以降低功率损耗的一种技术。同步整流控制芯片是该电路的大脑,当使用功率MOSFET作整流管时,需要栅极电压和被整流的电压相位保持同步才完成,同步整流电路可以很大程度上提升DC/DC变换器的效率。该文设计一款输出功率为24 V/8.3 A的AC/DC电源,基本拓扑为LLC半桥谐振电路和同步整流电流电路,重点讨论同步整流电路选型与设计应用。

船舶电力电子变压器整流级新型直接功率自动控制

为了改善船舶电力电子变压器整流级的功率因数,提升船舶电力系统性能,确保其能够正常运行,提出一种船舶电力电子变压器整流级新型直接功率自动控制方法。构建船舶PET整流级等效电路及数学模型,在静止坐标系下,获取网侧电压、电流的正交虚拟分量,依据虚拟分量求取船舶PET整流级有功和无功分量。将直接功率控制思想与滑模变原理相结合,提出基于滑模变结构双闭环的新型直接功率控制方法,设计功率内环滑模控制器和电压外环滑模控制器,利用这2个控制器实现对船舶电力电子变压器整流级的自动控制。实验结果表明,该方法能够保证船舶电力系统保持稳定的运行状态,使船舶PET电压平稳输出。

不对称式12脉冲自耦变压整流器设计

为满足多脉冲自耦变压整流器(ATRU, auto-transformer rectifier unit)小型化和轻量化的行业应用要求,本文提出一种不对称式12脉冲自耦变压整流器的设计方案。首先,详细阐述了其拓扑结构和绕组结构;其次,分析了输入电流谐波、等效容量等主要性能参数,并进行了Saber仿真验证;最后,在此基础上设计了10 kW自耦变压整流器样机,并对该样机进行了实测数据分析。分析结果表明,该设计方案满足DO-160标准,等效容量相比对称式12脉冲自耦变压整流器更小,更符合航空产品小型化、轻量化的设计需求。

基于瞬时功率平衡的移相整流变压器原副边电流关系研究

移相整流变压器是多重化晶闸管整流器的重要组成部分,研究其原副边的电流关系是对整流系统进行定量分析的基础。本文作者根据瞬时功率平衡概念,推导出移相整流变压器原副边电流之间的一般关系式,表明移相整流变压器原副边的电流关系只与变压器的变比和移相角相关。对曲折移相方式中几种移相角度的仿真结果验证了原副边电流关系式的正确性。最后指出这种关系不仅适用于移相整流变压器,也适用于一般电力变压器。

基于线性自抗扰控制的单相电力电子变压器整流级控制策略

针对电力电子变压器的非线性特性,传统PI控制的单相电力电子变压器整流级具有对参数变化敏感,响应速度慢,抗扰性能差的特点。提出了一种基于线性自抗扰控制(line active disturbance rejection control,LADRC)的电压环控制策略,该控制策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强的特点。在仿真软件MATLAB/Simulink中通过搭建三级联H桥整流器模型进行仿真,并与传统PI控制器相比较,仿真结果表明所采用控制策略的优越性、有效性。

基于自抗扰解耦的电力电子牵引变压器整流级直接功率控制

【目的】为改善电力电子牵引变压器(PETT)整流级在传统dq电流解耦双闭环控制下抗干扰能力差、对参数变化敏感、谐波含量高等问题。【方法】通过对直接功率控制(DPC)的解耦方式进行改进,提出了一种无需系统角频率和电感参数基于自抗扰控制(ADRC)的功率解耦控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行不同工况的仿真分析。【结果】仿真结果表明新型控制策略较传统控制策略网侧电流THD值减少5.38%,等效电感突变时电压跌落值减少48 V,电压频率偏移时电压跌落值减少14 V,新型控制策略在负载突变和负载不平衡工况下具有较好的平衡控制效果。【结论】该控制器通过解耦实现了有功功率和无功功率精确且独立的控制。仿真结果验证了所提控制策略的合理性与有效性。

治金电解工艺用12脉整流变压器滤波装置设计

治金电解工艺需要采用直流电流通过电解质溶液或熔融状态电解质,在电解槽阴极和阳极上引起氧化还原反应进行化学品的合成、高纯物质的制造以及材料表面的处理。工业上常采用多脉波整流系统获得直流电源。多脉波整流特征次谐波电流含量较大,需要针对特征谐波次数进行抑制。本文就220kV整流变系统滤波器进行设计,采用调谐滤波器+C型高通滤波器组合方式,并在Simulink搭建仿真模型,验证了滤波方案的可行性,为治金电解工艺整流变谐波抑制提供参考。

Generic functional modelling of multi-pulse auto-transformer rectifier units for more-electric aircraft applications

The Auto-Transformer Rectifier Unit（ATRU） is one preferred solution for high-power AC/DC power conversion in aircraft. This is mainly due to its simple structure, high reliability and reduced k VA ratings. Indeed, the ATRU has become a preferred AC/DC solution to supply power to the electric environment control system on-board future aircraft. In this paper, a general modelling method for ATRUs is introduced. The developed model is based on the fact that the DC voltage and current are strongly related to the voltage and current vectors at the AC terminals of ATRUs. In this paper, we carry on our research in modelling symmetric 18-pulse ATRUs and develop a generic modelling technique. The developed generic model can study not only symmetric but also asymmetric ATRUs. An 18-pulse asymmetric ATRU is used to demonstrate the accuracy and efficiency of the developed model by comparing with corresponding detailed switching SABER models provided by our industrial partner. The functional models also allow accelerated and accurate simulations and thus enable whole-scale more-electric aircraft electrical power system studies in the future.

Comprehensive comparison of delta-and wye-connected autotransformer applied to 12-pulse rectifier

12-pulse rectifier is extensively used in high power rectification, and the delta-connected autotransformer and wye-connected autotransformer are its two most popular phase-shift transformers. This paper compares the 12-pulse rectifiers using the two transformers via calculating the input line current, load voltage, kVA ratings of the two autotransformer, kVA ratings of the auxiliary magnetic devices. From the viewpoint of power quality of AC mains and DC side, the two 12-pulse rectifiers are the same. The kVA rating of the IPR in the two 12-pulse rectifiers are equal, and the kVA rating of the ZSBT in the two 12-pulse rectifier are also equal to each other, under the same load power. However, the kVA of the deltaconnected autotransformer is less than that of the wyeconnected autotransformer under the same load power.Some experimental results are shown to validate the correctness of the theoretical analysis.

Phase field simulation of liquid-solid-eutectoid multiple phase transformations of a Fe-C binary alloy

A new continuous multi-phase transformation field model was established for liquid-solid-eutectoid transformation. Taking Fe-C alloy as an example, the model was used to simulate the evolution of the micro-morphology of the liquid-solid phase transition, and the effects of temperature, solute and free energy on the nucleation of pearlite after the liquid-solid phase transition were analyzed. The micro-morphology of pearlite was simulated. The simulation results show that the austenite structure has hereditary effect on the pearlite, the morphology of pearlite structure was similar to that of the parent austenite. The eutectoid structure at the front of pearlite grows toward the interior of austenite grains in a bifurcation manner and in the spherical coronal shape. In addition, the growth rate of pearlite was related to the shape of concave-convex interface at the nucleation site, and the growth rate at the convex interface was faster than that at the concave interface.

4线制LVDT传感器双余度调理电路设计与验证

LVDT(Linear Variable Differential Transformer)传感器广泛应用于航空领域。为了满足机载设备的高安全性要求,提高电子设备的可靠性,提出了一种四线制LVDT传感器双余度调理电路结构框图,主要包括两套完全相同的LVDT调理电路、激励幅值检测电路和通道切换电路。该电路实现了LVDT传感器信号调理电路的双余度设计及激励故障检测功能,其中一套LVDT调理电路作为主调理通道,另外一套电路作为热备份通道;并设计了对应的通道切换逻辑,当主调理通道激励信号故障时,可快速平稳切换至另一通道。为平衡两通道元器件使用寿命,提出了主调理通道轮值的方法,有效地提高了系统可靠性。并使用LVDT仿真板卡搭建了试验平台完成了对双通道切换功能和LVDT调理功能的验证,结果表明该双余度调理电路工作正常,适用于可靠性要求高的机载设备。

基于励磁电流时序特征的核电多相旋转整流器二极管开路故障诊断

实现多相旋转整流器的故障诊断对保障核电系统安全稳定运行至关重要。然而,现有方法难以准确识别旋转整流器的二极管开路故障模式。为此,该文首先分析将励磁电流作为诊断变量的理论依据;然后,引入形状子特征(Shapelet)变换算法,充分利用其在可解释性和局部差异识别准确性的优势,提取和挖掘不同故障模式下励磁电流最具有代表性和辨识度的特征子序列;最后,结合机器学习分类器得到故障模式分类结果,形成完整的故障诊断方案。通过11相无刷励磁系统仿真模型和动模样机实验进行验证。结果表明,所提方法能够直观并精细表征不同类别故障电流的局部特征,变换后不同故障数据分布的差异性明显提升,仅需结合简单分类器即可实现快速、准确的故障诊断,具有实际应用潜力。

级联整流相内-相间直流电压均衡控制策略

三相级联H桥整流器由于具有灵活性与易模块化的特点,使得其在电力电子变压器(powerelectronic transformer,PET)系统中得到了广泛应用。而该变换器相间-相内模块直流电压不均衡是其亟待解决的问题。针对该问题,提出一种直流电压均衡控制策略,实现相间直流电压均衡与相内模块间直流电压均衡。首先,提出零序补偿控制方案,以解决相间直流电压均衡问题,通过构建端口电压零序分量,在dq坐标系下分析零序功率分布,建立起相间直流电压与零序电压的线性关系。通过控制三相零序功率,实现相间均压的目的;接着,针对相内电压均衡问题,提出了一种脉宽调制和排序均压调制相结合的宽带载范围的均压算法,使部分模块可以空载运行,提高了相内直流电压均压能力。最后,建立了三相级联九模块整流器小功率实验平台。基于FPGA控制器完成了控制程序设计,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

直线移相变压器整流系统二极管故障运行分析

为研究直线式移相变压器整流系统二极管故障时的运行情况,建立了基于有限元场路耦合仿真的直线式移相变压器系统模型,设计了小功率实验样机,分别对直线式移相变压器整流系统中二极管开路故障和短路故障进行仿真与实验。对二极管开路故障时系统输出电压及短路故障时各绕组的相电流进行仿真分析和实验验证,阐明了二极管开路故障和短路故障对系统造成的影响。研究结果可为二极管开路时系统带故障运行的可行性以及二极管短路时系统保护装置的设计提供了理论参考。

具有升压能力的新型18脉冲自耦变压整流器

此处提出了采用DP型不对称式新型18脉冲升压自耦变压整流器的方案来代替航空/车载等交流电源前端传统二极管不控整流,有效减少了交流输入系统的谐波含量,显著提高了系统的功率因数。详细给出了新型18脉冲升压自耦变压整流器系统工作原理,以及硬件设计与参数计算方法。最后在理论分析的基础上,研制出一台额定功率为3.5 kW的实验样机并对实验结果进行了分析,表明了所提新型18脉冲升压自耦变压整流器及其参数设计的正确性。

基于GaN的高效率、高功率密度ACF变换器的设计

高效高功率密度是减小开关电源尺寸的关键。有源箝位反激(ACF)变换器结构简单、可实现软开关控制,是中小功率隔离型DC/DC变换器提升高效高功率密度的主流解决方案。此处通过对ACF变换器工作原理及其软开关过程的详细分析,在优化设计参数的基础上,使初级开关管与箝位开关管采用集成门极驱动器与氮化镓(GaN)的功率IC,再结合次级同步整流(SR)技术及平面变压器设计方案,设计了一款155 V输入,28 V/150 W的电源模块,模块整体功率密度达8.7 W/cm3,峰值效率可以达到94.37%。测试结果验证了设计方案的高效率与高功率密度。