2009年, 第7卷, 第4期　刊出日期：2009-07-30

  

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  最新外置电源节能规范略谈

  黄敏超,刘国,郭亚兵,姜英杰

  电源学报. 2009, 7(4): 271-274.

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  本文介绍了外置电源节能规范在主要国家颁布和强制执行情况，主要讨论节能标准要求的空载待机功耗和平均效率的常见节能技术，并对未来节能技术发展进行了展望。
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  永磁交流伺服系统先进控制策略研究

  徐殿国,王宏佳,杨明

  电源学报. 2009, 7(4): 275-285.

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  随着国家重大专项“高档数控机床与基础制造技术”的实施，对永磁交流伺服系统的性能提出了愈来愈高的要求。本文首先通过对典型应用案例的分析，揭示了交流伺服系统对应用性能的影响，指出提高交流伺服系统性能的必要性。永磁交流伺服系统参数的整定对系统的性能影响极大，如何实现参数的自整定是这一领域的研究热点问题。在多数应用系统中惯量会经常发生变化，惯量变化对系统的动态性能影响很大，本文提出了一种转动惯量在线辨识方法，能够实现惯量变化的自动辨识。在此基础上，针对交流伺服控制器PI参数自整定方法中，忽略了整定过程的周期性和所需的自学习能力，造成整定过程效率低、重复操作次数多、整定时间长问题，本文提出了一种交流伺服系统速度控制器PI参数自整定控制方案，使控制器能够仿人操作，根据历史控制经验不断地改进学习增益。仿真和实验结果均验证了上述方法的有效性，且方法结构简单，易于实现，已在已研发的产业化项目中得到应用。用于伺服系统的永磁同步电机，电机的机械时间常数常小于电磁时间常数，电流环在动态过程中不能抑制速度环的扰动。对此本文加入一个反电动势补偿环节，以消除转速在动态过程中对电流环的影响。理论分析和仿真结果验证了补偿措施的有效性。在永磁交流伺服系统中，电流环环宽对整个系统(速度环/位置环)的环宽具有制约作用。在不提高功率开关速度下如何提高电流内环的宽度也是该领域的研究热点。本文提出了新的改进型PWM方式，在不提高开关频率的情况下，使电流环的带宽得到了显著提高，扩大了永磁交流伺服系统的频带，提高了动态响应，实验结果均验证了该方法的有效性。
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  新型非接触变压器的磁路模型及其优化

  张巍,陈乾宏,S.C.Wong,Chi K.Tse,曹玲玲

  电源学报. 2009, 7(4): 286-295. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.286

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  非接触电能传输系统中，变压器的耦合系数直接关系到系统的变换效率，而传统的提高变压器的耦合系数的方法多以牺牲其体积重量为代价。为了提高非接触变压器的耦合系数，同时减小其体积、重量，本文给出改进的变压器磁芯结构及绕组排列方法，并结合电磁场仿真结果，提出新型非接触变压器的磁路模型。根据耦合程度的不同，将总磁通分为三部分：无耦合，部分耦合和全耦合。基于变压器磁路模型和该磁通的分类方法，给出了各部分磁阻和变压器耦合系数的量化计算方法。并进一步给出变压器优化设计方法，提出了边沿扩展平面U型磁芯结构。采用优化后的变压器结构，完成了35-60V输入，60W输出的非接触变换器。变压器耦合系数计算结果和测试结果的一致性证明了所提磁路模型及耦合系数计算方法的正确性。与采用PlanarE64磁芯相比，在10mm气隙条件下，变压器耦合系数可从0.53提高到0.6，磁芯重量从122g减小到60g，最高变换效率提高了约2.5%。
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  风力发电机组最大功率跟踪控制策略研究

  贺艳晖,王跃,吴金龙,王兆安

  电源学报. 2009, 7(4): 296-299. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.296

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  本文详细分析了风力机功率特性，并对此进行了仿真研究。在此基础上分析比较了最优叶尖速比法和爬山法两种风力发电机组最大功率跟踪(Maximum Power Point Track， MPPT)控制方法。仿真和实验结果表明，最优叶尖速比方法的跟踪速度最快，稳态效果最好，但是由于需要测量风速和风力机最优叶尖速比参数而限制了实际应用，而爬山法不需要知道风速，也不需要风力机的功率曲线，是一种实用的控制算法，但需要折中考虑跟踪速度和稳态性能.。
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  并网型变速恒频风力发电系统仿真及实验研究

  刘义成,海樱,徐殿国,徐壮

  电源学报. 2009, 7(4): 300-303.

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  在对双馈电机的数学模型进行深入研究的基础上，进而提出一种双闭环空载并网控制策略，并且给出了控制器的设计方法。对提出的控制策略搭建了仿真模型，并且在实验平台上进行了验证。仿真和实验结果表明，控制系统不仅实现了在变速情况下的柔性平滑并网，而且在并网后可以对有功功率和无功功率进行解耦控制。
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  不同PWM调制方法下Z源逆变器的损耗分析与比较

  李锦,刘进军,张岩,刘增

  电源学报. 2009, 7(4): 304-308.

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  Z源逆变器独特的工作原理使其损耗估算与传统的电压型逆变器不同，特别是其不同的脉冲宽度调制方法(PWM)会对逆变器的损耗带来很大的影响，因此分析Z源逆变器在两类典型的调制方法下的损耗对于Z源逆变器的设计具有重要意义。本文基于Z源逆变器的工作原理和一种电力半导体器件损耗估算模型，推导出两类不同调制方法下的Z源逆变器中各电力半导体开关器件损耗的解析表达式。选取一组典型的逆变器参数，分别对这类两种调制方法下的Z源逆变器进行了损耗计算和效率比较，得到了直流输入电压、开关频率、输出功率等级等运行条件对采用这两类调制方法的Z源逆变器效率的影响。研究结果对于合理选择逆变器参数和调制策略具有一定指导意义。
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  开环恒流LED驱动器

  孙明坤,周雒维,罗全明

  电源学报. 2009, 7(4): 309-312.

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  根据串联谐振变换器具有恒流的特性，文中将串联谐振变换器用于LED恒流驱动。文中对串联谐振变换器开环工作状进行等效分析，确定了输出电流平均值与开关频率、负载电阻的关系以及开环恒流状态下变换器的驱动能力大小、恒流精度与负载电阻的关系。文中据此对谐振变换器进行优化设计，保证串联谐振变换器工作在谐振电流连续状态下实现开环恒流，并进行了仿真与试验，结果表明优化设计的串联谐振电路能在谐振电流连续状态下实现LED的开环恒流驱动，证实了文中提出的优化设计的方法的正确性。
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  三相电压型PWM整流器电流环前馈控制研究

  瞿博,吕征宇

  电源学报. 2009, 7(4): 313-317. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.313

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  在三相电压型PWM整流器中，为实现d轴电流环路和q轴电流环路的解耦控制，同时，提高电流环对电网电压等外部因素的抗扰性能，改善输入电流波形，引入了电流环前馈控制。本文通过对三相PWM整流器的小信号分析，得到了提高电流品质的电流环前馈单元。然后，针对小信号模型静态工作点偏移问题，通过控制方法的改进，补偿了直流电压静态工作点偏移引起的电流环控制性能变化。同时，研究了改进的前馈控制方法对启动尖峰电流的抑制作用。最后，实验结果验证了控制方法的有效性。
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  基于柔性多层带材绕组的电磁集成技术

  伍晓峰,温志伟,徐德鸿

  电源学报. 2009, 7(4): 318-321.

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  如何提高开关电源功率密度是电力电子行业的研究热点。本文总结了采用柔性多层带材绕组对开关电源中无源元件进行电磁集成的技术进展情况。介绍了集成的原理、在LLC谐振电路与EMI滤波器中的应用，以及一种分布式电磁元件模型。
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  暂态电能质量实时监测系统设计

  冯浩,周雒维,刘毅

  电源学报. 2009, 7(4): 322-325.

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  针对目前电能质量实时监测的问题，提出了一种利用移动小波变换算法检测和分析电力系统暂态电能质量扰动的方法，解决了处理实时扰动信号时存在的边界失真以及传统处理方法带来的过大数据存储量问题。同时基于虚拟仪器设计了一套暂态电能质量实时分析系统，该系统可以对实时的扰动信号进行精确地检测，也可以根据用户的需要实现多种离线分析。最后，通过各种暂态扰动信号对本系统的功能进行测试，实验结果表明所设计的监测系统具有良好的实时性和可靠性。
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  新型谐波分离控制方法在PHAPF电压源闭环控制策略中的研究

  舒明雷,宋平,李建明

  电源学报. 2009, 7(4): 326-330. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.326

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  在并联混合有源滤波器(PHAPF)电压源闭环控制策略中，通常采用瞬时无功理论实现谐波分离的控制方法，这种方法存在一定局限性。本文提出了采用基波陷波器实现谐波分离的新型控制方法，新方法控制模型中参数 是具有基波陷波器特性的复数。本文证明了当采用基波陷波器实现谐波分离，控制参数 是此特性复数时，PHAPF可以取得良好的滤波效果，且具有结构简单、动态响应速度快、成本低、可靠性高和易于实现等优点，对于促进电力滤波器推广应用，降低电网谐波污染，实现节能降耗有重要作用。
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  占空比对直直变换器共模干扰的影响研究

  季清,阮新波,徐明,杨飞

  电源学报. 2009, 7(4): 331-334. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.331

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  随着国际铜价的上涨，减小开关电源中的用铜量成为成本控制的重要方面。为了使开关电源产品能够满足相应的传导电磁干扰标准的限值要求，通常需要在电源中加入EMI滤波器。而这些无源元件如共模电感的使用，无疑给电源的成本增加了压力。由于共模电容的总量受到漏电流安全的限制，因此通常需要使用较大的共模电感。为了减小共模滤波器，本文研究了占空比对直直变换器原始共模干扰(不加滤波器时)的影响。考虑到EMI滤波器的转折频率主要取决于低频时所需要实现的衰减，通过“软化”变换器的低频原始干扰，并使得干扰的包络线“低谷”靠近150 kHz，能够提高滤波器设计时的参考频率点，从而降低滤波器的转折频率。本文在最后通过实验验证了对共模滤波器设计的改善。
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  双线并绕串联结构电感器寄生电容的消除

  崔永生,王世山,武丽芳,周小林

  电源学报. 2009, 7(4): 335-339.

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  电感器是滤波器的重要组成部分，其寄生电容对其高频滤波性能有重要影响。本文介绍了一种双线并绕串联结构的电感器，在其中心抽头处接入一个合适电容器可消除寄生电容，该结构较高的耦合系数保证了高频段寄生电容消除的效果。本文简述了滤波器插入损耗的测试原理及电感器的高频模型，分析了电感器寄生电容的消除原理，对比两种绕线结构电感器的耦合系数，通过实验证实了双线并绕串联结构的电感器寄生电容的消除效果更佳。最后将此结构的电感器应用于LC滤波器中，实验表明滤波器的高频滤波性能得到了明显改善。
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  考虑瞬态温升的晶闸管并联数计算方法

  鲍明爽,张波,丘东元,黄子田

  电源学报. 2009, 7(4): 340-343.

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  通常在一些大电流场合需要将多个晶闸管并联使用。一般情况下，晶闸管的并联数按照晶闸管的通态平均电流计算，但在瞬态脉冲过高或持续时间较长时可能会出现晶闸管瞬态温升过高导致烧坏的问题。本文提出考虑瞬态温升的晶闸管并联数计算方法，首先根据通态平均电流方法计算出晶闸管所需的并联数，然后根据瞬态温升进行调整，从而得到最合理的并联数，最后以ITER极向场电源的续流柜为例，验证了本文提出的计算方法。
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  寄生电感在IGBT开关损耗测量中的影响

  沈燕群,邓焰,何湘宁

  电源学报. 2009, 7(4): 344-349. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.344

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  MOS门极功率开关元件的开关损耗受工作电压、电流、温度以及门极驱动电阻等因素影响，在测量时主要以这些物理量为参变量。但测量的非理想因素对测量结果影响是值得注意的，比如常见的管脚引线电感。本文以实用的功率器件测试平台建造为背景，在理论分析和实验数据基础上阐述了各寄生电感对IGBT开关损耗测量结果的影响。
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  一种结构简单的斜坡补偿设计

  罗鹏,李庆委,王慧,张树春

  电源学报. 2009, 7(4): 350-354. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2009.4.350

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  针对峰值电流模PWM升压型DC-DC变换器，提出了一款结构简单、易于集成的斜坡补偿电路。该补偿电路中的斜坡产生电路，利用恒流源对电容充放电产生的锯齿波电压作电压/电流(V/I)转换，得到斜率易于调节的斜坡电流；电流采样电路利用SENSEFET作为采样器件，并结合优化的缓冲级和简洁的V/I转换电路，使采样精度提高的同时减小了损耗。整个电路基于某公司的0.6μm 15V BCD工艺，在Cadence Spectre平台上进行仿真。仿真结果表明该电路有效的抑制了亚谐波振荡，采样精度达到81.9%，补偿斜率的精度达到82.2%，证明了该电路的可行性。