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关键词： 中频变压器   遗传算法   灵敏度分析   绝缘结构优化   参数化模型   降维  

摘要： 中频变压器是电力电子变压器的核心磁性元件，起电气隔离和电压变换的关键作用。对中频变压器绝缘结构进行优化设计可以有效提高变压器的绝缘可靠性和功率密度，得到了研究者的广泛关注。本文提出了一种基于C-MOEA/D约束多目标优化算法的中频变压器绝缘结构全局优化设计方法。文章首先根据中频变压器绝缘结构特点给出优化总体流程并提出使用基于非支配排序和参考向量的遗传算法C-MOEA/D对绝缘结构参数优化。针对优化过程中存在的难题，首先构建了中频变压器二维电场分析参数化模型，以三维模型为基准，分析对比了其计算精度;其次通过拉丁超立方采样和基于方差的灵敏度分析方法确定影响最大场强的关键结构参数，固定灵敏度低的结构参数实现参数化模型决策变量降维；随后，根据中频变压器隔离电压波形搭建绝缘材料击穿场强测试平台，确定其常用绝缘材料的击穿场强并给出绝缘约束条件。最后本文以最大场强和体积为目标，对一台25kV中频变压器的11个绝缘结构参数进行优化设计应用。优化结果表明：与原设计相比，最大场强下降19.6%、体积减小23.9%。

关键词： Silicon carbide   Logic gates   Switches   Delays   Control systems   Multichip modules   MOSFET   Active gate driver (AGD)   current sharing   paralleled power modules   silicon carbide (SiC)   switching gate resistance  

摘要： To ensure balanced current sharing between paralleled power modules, active gate drivers (AGDs) can be used to adjust the currents dynamically. However, achieving effective, flexible and accurate dynamic current adjustment is a challenge for AGDs under the very fast switching speed of silicon carbide (SiC) devices, e.g., <100 ns. Therefore, an online unified turn-ON/OFF delay and current slew rate regulation scheme for AGDs for paralleling SiC metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET) power modules is proposed in this article. The advantage of the proposed scheme is that it achieves independent closed-loop control for the delay regulation and the current slew rate regulation, i.e., the adjustment of the current slew rate will not affect the already-tuned delay compensation. Also, the proposed AGD based on gate resistance adjustment with just two push-pull driver channels and less switching actions can achieve the wider-range and multilevel current slew rate regulation. Experimental validation of the closed-loop current regulation for current sharing between SiC power modules with the presented AGD is provided.

关键词： 高频变压器   损耗统计理论   Energetic模型   磁导-电容类比法   频率效应  

摘要： 高频变压器是能量路由器、光伏逆变器等功率变换装置的关键设备，面临复杂的运行环境与电磁暂态工况。为了构建精确的高频变压器电磁暂态模型，需要准确模拟铁芯动态磁滞特性。本文首先在电力电子仿真软件PLECS中将磁导-电容类比法与Energetic磁滞模型相结合，构建表征静态磁滞效应的铁芯静态磁滞磁导模型；其次，在静态磁滞磁导模型基础上，依据损耗统计理论，引入磁阻和受控磁动势源用以表征铁芯涡流损耗和剩余损耗的动态损耗分量，构建出铁芯动态磁滞磁导模型；然后，基于不同工况下实验测量数据，结合损耗统计理论与场分离技术获得各频率下静态磁滞回线，推导静态模型参数随频率变化规律，得到考虑静态参数频率效应的动态磁滞磁导模型特征参数；最后，将所建铁芯模型在不同频率、不同磁密的正弦波与不同占空比方波激励下的仿真结果与实验测量结果进行对比分析，验证了本文所建铁芯模型的有效性。

关键词： RLC串联谐振   电路实验   探究式实验   交流电阻  

摘要： RLC串联谐振实验是电路实验的基本实验内容之一，在实验过程中，发现了谐振时电阻电压的实际测量值与理论值之间的误差，探究了误差产生的原因，引出了对于电感交流电阻的频率特性的研究，通过实验方法，仪器测量法进行了比较，并从电磁场的角度进行了理论计算和建模仿真。这个发现问题，提出问题，分析问题，解决问题的过程即为探究式实验教学的过程，在此过程中，提高了大学生的学习兴趣，培养了创新能力和研究能力，是大学验证实验向探究式综合实验转换的有益尝试。

关键词： 相互作用分析   同步环   功率平衡   带宽   线性化模型  

摘要： 由于跟网型变流器系统由控制主导、强耦合的特性，锁相同步与直流电容上功率平衡的关系并不清晰。为此，从带宽视角揭示了两者在带宽远离、接近时的交互机制。首先基于两者的动力学行为，以阻尼比和振荡频率作为前者的动态指标，以同步转矩和阻尼转矩作为后者的动态指标。之后利用奇异摄动理论将所建线性化模型在临界场景下进行代数化降维，通过分析动态指标的变化揭示了两者在带宽远离时的相互作用。其次基于功率平衡开环传递函数，分析锁相同步对功率平衡环节幅值裕度的影响，揭示了两者带宽接近时的相互作用。特别地，本文考虑了端电压控制的影响，发现其带宽降低会恶化两者间的相互作用，导致系统静态稳定极限减小，带宽接近易失稳的现象消失。

关键词： 铝合金   振镜扫描激光-双脉冲CMT复合   温度场   等离子体  

摘要： 为了探究螺旋型扫描激光功率对铝合金双脉冲冷金属过渡(cold metal transfer, CMT)增材电弧热场、熔滴过渡行为及气孔缺陷的影响规律，设计变功率激光电弧复合增材制造对比试验，并利用红外热成像、光谱测量和高速摄像技术研究分析引入扫描激光后近熔池表面电弧径向温度场分布、复合交叉区等离子体行为以及对熔滴过渡和气孔缺陷的影响.结果表明，双脉冲CMT近熔池表面电弧径向温度场变化剧烈，温度梯度大，电弧稳定性较低.当引入600～1 200 W扫描激光时，电弧径向温度分布趋于均匀化，温度梯度明显减小，近熔池表面电弧温度显著提高(最高温度可提高约900℃)，促使Mg,Al原子电离产生更多数量的MgⅡ、MgⅢ、AlⅡ及AlⅢ离子，提高电弧稳定性；当激光功率为600 W和1 200 W时，电子密度分别增加6%和17%，电子温度分别提高400 K和800 K.激光金属蒸汽有效降低熔滴过渡频率，减弱熔滴对熔池的冲击作用，使熔池趋于稳定；同时，增材件气孔数量明显减少、分布趋于分散化，当激光功率为1 200 W时，气孔几乎消失殆尽.创新点：(1)提出了功率调制振镜扫描激光与双脉冲CMT电弧复合增材制造新方法.(2)揭示了螺旋扫描激光功率调控CMT电弧热场的物理本质.

关键词： SiC MOSFET   Modelling   Physical effects   Power electronic  

摘要： An improved semi-physical model for a SiC MOSFET incorporated with relevant physical effects and temperature characteristics is proposed based on the EKV model. A simulation analysis of the Junction Field Effect Transistor (JFET) effect, Drain Induced Barrier Lowering (DIBL) effect, channel length modulation effect, velocity saturation effect, and interface trap charge effect in SiC MOSFET devices is performed using Sentaurus TCAD. Based on the influence of physical effects on the characteristics of SiC MOSFET devices, mathematical corrections r(V-gs) and r(V-ds), which can describe the relevant physical effects, are introduced into the original EKV model. The capacitance is accurately modelled to achieve the required match between the transient characteristics of the devices. The accuracy of the model is verified by static tests and double-pulse experiments. Results show that the improved model can do a better job of simulating the actual operating conditions of the device. In addition, its accuracy and applicability are greatly improved, providing a semi-physical model with a wider range of applicability for the simulation of SiC MOSFETs in power electronic systems.

关键词： 城市局部电网   频率响应建模   模型降阶   分布式资源聚合体   紧急频率控制  

摘要： 极端事件可能导致城市局部电网与上级电网断开进入孤岛，在离网瞬间较大的有功功率缺额使得维持城市局部电网的频率安全成为难点。本文提出一种极端事件下基于频率响应降阶模型的城市局部电网离网过程紧急频率控制方法。首先，基于平衡截断降阶方法，通过提取频率响应关键特征量，建立了计及分布式资源聚合体的城市局部电网降阶频率响应模型。然后，提出了城市局部电网离网过程紧急频率控制的两阶段决策方法，第一阶段在保证频率不越界的情况下，对快速功率控制资源控制量进行求解，第二阶段依据资源可靠度优先排序对分布式资源聚合体整体功率指令值进行快速分解。最后，基于典型城市局部电网算例验证了所提模型和方法的准确性与有效性。

关键词： Voltage   Inductors   Capacitors   Topology   MOSFET   Voltage measurement   Transient response   Buck-boost   dc-dc converter   fast transient response   flying capacitor   hybrid converter   lithium-ion (Li-ion) battery   no right-half-plane zero   switched capacitor   three-fine-level buck-boost (3FLBB)  

摘要： This article presents a non-inverting three-fine-level buck-boost (3FLBB) hybrid converter suitable for lithium-ion (Li-ion) batteries. With seven power switches and two flying capacitors, the proposed 3FLBB converter produces the voltage of switching node between V-IN/2, V-IN , and 3 V-IN /2, which supports buck, boost, and buck-boost modes, and with smooth mode changes. Here, one of the two flying capacitors is used to drive the inductor (L), while another one is used to ensure that V-DS of each power switch is within 1/2V(IN) in all phases. Hence, the voltage stress of all the power switches is reduced to half-V-IN, and the normalized equivalent resistance and switching losses are greatly reduced by using two 1.8-V switches instead of two 5-V switches. Since the three modes all have buck-like operation, the average inductor current is reduced to always equal to the output current. Meanwhile, they all have continuous output current, similar complex pole pairs, and no right half-plane (RHP) zero, which enables fast load transient response. This design is implemented by only 1.8-V devices of a standard 0.18-mu m CMOS process, covering an input voltage range from 2.8 to 4.2 V. A 98.2% peak efficiency is measured at 2-MHz switching frequency with 2.2-mu H L, two 10-mu F mu F flying capacitors, and one 10-mu F output capacitor. It can deliver an output current of 50-1000 mA at a 3.3-V regulated output voltage. Moreover, the measured results show that this design achieves a significant improvement on undershoot and overshoot voltage than the previous works.

关键词： 变压器故障   电气试验技术   应用  

摘要： 本文从变压器的基本概况出发,详细探究了变压器的组成与类型,指出变压器在运行期间的常见故障,并阐述了变压器故障分析中几种常见的电气试验技术,以及每种电气试验技术的操作原理及注意事项,强调了电气试验对判定和分析变压器故障的重要作用.