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采用氮化铝材料的水冷变压器的热管理方法

电工技术学报 2024年

作者：王开国宫金武石子帅田杰潘尚智查晓明武汉第二船舶设计研究所综合能源电力装备及系统安全湖北省重点实验室(武汉大学)

干式高频变压器通常结构紧凑且损耗突出，而低导热系数的灌封材料使得热量易在变压器内部累积，从而导致温升成为大功率变压器容量与功率密度提升的限制因素。该文以环形水冷变压器为研究对象，建立了考虑中心圆柱热阻的变压器集总参数... 详细信息

干式高频变压器通常结构紧凑且损耗突出，而低导热系数的灌封材料使得热量易在变压器内部累积，从而导致温升成为大功率变压器容量与功率密度提升的限制因素。该文以环形水冷变压器为研究对象，建立了考虑中心圆柱热阻的变压器集总参数热路模型，并通过有限元仿真验证了所建模型的准确性。基于所建热路模型，解释了随着水流量的提高变压器温度降幅趋于稳定的现象。为了进一步增强散热效果，该文提出了一种基于高导热绝缘材料氮化铝的新型散热结构。该结构在热源与水冷板之间建立起低热阻通道，增强了变压器与水冷板之间的传热，变压器容量和功率密度可进一步提高。最后，通过有限元仿真与25 kHz/160 kV·A高频变压器样机实验验证了所提散热结构的有效性。

关键词：大容量高频变压器环形水冷变压器等效热路模型氮化铝材料

基于全集成磁耦合纹波转移滤波器的新型三相软开关逆变器

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中国电机工程学报 2024年

作者：胡齐元蒋建波潘尚智林子森宫金武查晓明武汉大学电气与自动化学院大理大学工程学院

高效率和高功率密度是电力电子变换器的发展趋势，但两者之间往往相互制约。针对这一问题，本文提出了一种基于全集成磁耦合纹波转移滤波器的新型三相软开关逆变器。所提出的集成滤波器通过纹波转移技术极大衰减了并网电流开关纹波并且... 详细信息

高效率和高功率密度是电力电子变换器的发展趋势，但两者之间往往相互制约。针对这一问题，本文提出了一种基于全集成磁耦合纹波转移滤波器的新型三相软开关逆变器。所提出的集成滤波器通过纹波转移技术极大衰减了并网电流开关纹波并且转移的纹波能量可被用来辅助主开关实现零电压开通，有利于提高变换器效率。针对该拓扑还提出一种三相对称的磁芯结构，在保证三相并网电流纹波幅值相同的情况下，实现了将所有滤波电感集成在一个磁芯上，有效降低了滤波器体积。此外所提滤波电感集成方法，将纹波转移条件转化为易于工程实现的磁芯磁阻设计。最后，搭建额定功率为2KW的实验样机，验证所提三相软开关逆变器的有效性。

关键词：磁集成纹波转移三相对称结构软开关

自举驱动在大电流应用下的故障机理分析及其优化设计研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：林文强宫金武潘尚智林子森邹辉查晓明姚良忠综合能源电力装备及系统安全湖北省重点实验室(武汉大学电气与自动化学院)

自举栅极驱动器以其所用元件少、成本低等优点，被广泛应用于由开关桥臂构成的变换器中。在大电流变换器中，自举栅极驱动器的参数设计不当，会导致启动时栅源极电压振荡和桥臂直通，增加开关器件、驱动的故障风险和损耗。由于现有自举... 详细信息

自举栅极驱动器以其所用元件少、成本低等优点，被广泛应用于由开关桥臂构成的变换器中。在大电流变换器中，自举栅极驱动器的参数设计不当，会导致启动时栅源极电压振荡和桥臂直通，增加开关器件、驱动的故障风险和损耗。由于现有自举栅极驱动器的参数设计在大电流应用中缺乏足够的理论指导，本文研究并构建了自举栅极驱动电路的详细数学模型，在该模型基础上分析上述故障机理，并得到了自举驱动参数设计的安全边界。其次分析了驱动损耗和驱动器参数的关系，进而提出了一种兼顾故障保护安全边界和效率提升的通用优化设计方法。最后通过仿真和实验验证了理论分析的准确性和所提方法的可行性。

关键词：自举栅极驱动器故障保护低驱动损耗优化

“现代电力电子技术”MOOC建设与混合式教学

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教育教学论坛 2024年第15期 125-128页

作者：黄萌孙建军宫金武武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

“现代电力电子技术”是面向工程硕士教育开设的一门线上线下混合式课程。由于此课程具有多学科交叉、面向工程实际、学习对象较复杂等特点,线上线下混合式教学方法和授课形式需要有针对性地设计。针对以上课程特点,分析并提出了该课程... 详细信息

“现代电力电子技术”是面向工程硕士教育开设的一门线上线下混合式课程。由于此课程具有多学科交叉、面向工程实际、学习对象较复杂等特点,线上线下混合式教学方法和授课形式需要有针对性地设计。针对以上课程特点,分析并提出了该课程内容选择方案,提出了适应线上线下教学的内容编排方法,探讨了线下授课的教学方法,形成了以课程设计为骨架,设计目标验证为导向,结合小组讨论汇报和答疑的混合式教学方案,提升了课程教学效果,培养了学生研究性学习的能力。

关键词：现代电力电子技术线上线下混合式课程教学方法

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一种共地型低开关纹波光伏微逆变器

电力自动化设备 2022年第9期42卷 111-118页

作者：蒋建波潘尚智宫金武刘璇孙建军武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072 国网湖北省电力有限公司湖北武汉430072

提出了一种只包含3个开关的单相非隔离光伏微逆变器拓扑结构。该逆变器为交流侧和直流侧共地的拓扑,从而完全消除了共模漏电流。针对该拓扑还提出了一种调频控制策略,以抑制逆变器直流侧的2倍频功率振荡。此外,在该逆变器的交流侧配置... 详细信息

提出了一种只包含3个开关的单相非隔离光伏微逆变器拓扑结构。该逆变器为交流侧和直流侧共地的拓扑,从而完全消除了共模漏电流。针对该拓扑还提出了一种调频控制策略,以抑制逆变器直流侧的2倍频功率振荡。此外,在该逆变器的交流侧配置一个小容量的单电感滤波器。将滤波电感与该逆变器的内部电感进行磁集成,以构建纹波转移通道,并通过合理设计耦合系数即可将滤波电感上的开关电流纹波转移至该逆变器的内部电感,进而有效抑制并网电流的纹波。最后,搭建了额定功率为420 W的实验室样机,验证了所提逆变器的有效性。

关键词：共模漏电流 2倍频功率振荡纹波转移磁集成共地拓扑逆变器

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高频变流器直流侧的去耦电容优化选型研究

电源学报 2023年

作者：陈文思宫金武查晓明陈佳洛潘尚智武汉大学电气与自动化学院

变流器的开关速度和开关频率越来越高，对直流侧去耦电容也提出了更高的要求。本文针对开关管关断过程中电压电流振荡带来的过电压尖峰和去耦电容损耗问题，建立了考虑系统杂散参数的瞬态电路模型，分析了开关管关断过程中过电压和去耦... 详细信息

变流器的开关速度和开关频率越来越高，对直流侧去耦电容也提出了更高的要求。本文针对开关管关断过程中电压电流振荡带来的过电压尖峰和去耦电容损耗问题，建立了考虑系统杂散参数的瞬态电路模型，分析了开关管关断过程中过电压和去耦电容电流振荡的演变过程；在此基础上提出了考虑主电路寄生参数和去耦电容等效串联电阻(equivalent series resistance，ESR)的损耗模型，量化分析了实际工程中去耦电容选型所受的限制因素，得出了去耦电容容值、损耗限制条件的优化选型方法。最后通过仿真和实验验证了所提出模型和分析方法的正确性。

关键词：开关过程杂散参数去耦电容损耗模型

基于GaN-Si器件混用的大功率无人机电机驱动软开关变换器

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武汉大学学报（工学版） 2022年第7期55卷 699-708页

作者：尚远潘尚智宫金武林文强武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

无人机电机驱动变换器的效率、重量和体积直接影响无人机的续航能力。提出了一种基于GaN-Si(gallium nitride-silicon)器件混用的大功率无人机电机驱动软开关变换器,可以在全负载范围内实现所有Si-MOS管零电压开通,减少开关损耗。利用Ga... 详细信息

无人机电机驱动变换器的效率、重量和体积直接影响无人机的续航能力。提出了一种基于GaN-Si(gallium nitride-silicon)器件混用的大功率无人机电机驱动软开关变换器,可以在全负载范围内实现所有Si-MOS管零电压开通,减少开关损耗。利用GaN器件高速开关特性,可大大减少辅助换流电感,使得软开关辅助电路工作时间短、损耗小,充分利用了氮化镓器件开关性能和硅器件导通性能优势。提出了一种负载自适应软开关控制策略,可显著降低换流电感电流的有效值,从而提高效率。详细分析了变换器的工作原理、参数设计考虑以及辅助电感电流控制等,并在此基础上设计制作了1台10 kW实验室样机,样机功率密度达到71 W/cm^(3),峰值效率达到99.25%。实验验证了该基于GaN-Si器件混用的软开关变换器的性能。

关键词：逆变器软开关氮化镓大功率无人机

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一种基于载波重构的低开关次数功率均衡调制策略

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电网技术 2023年

作者：路子豪宫金武林子森徐畅代克民蔡久青吴钫武汉大学电气与自动化学院武汉第二船舶设计研究所

基于载波重构的调制策略通常是以牺牲开关次数为代价来实现逆变器输出线电压谐波含量低和各单元输出功率均衡的。本文提出了一种基于载波重构的改进调制策略，通过在水平方向上调整传统层叠载波的排布，重构出新的载波，避免垂直方向上... 详细信息

基于载波重构的调制策略通常是以牺牲开关次数为代价来实现逆变器输出线电压谐波含量低和各单元输出功率均衡的。本文提出了一种基于载波重构的改进调制策略，通过在水平方向上调整传统层叠载波的排布，重构出新的载波，避免垂直方向上的载波瞬时值突变所导致的额外开关动作。本文首先推导了交错并联逆变器各模块一个重构载波周期的输出平均功率表达式，证明逆变器并联模块间输出功率均衡；其次分析了垂直方向重构的载波引入额外开关次数的原因，推导了一个基波周期内逆变器在不同调制策略下开关次数的表达式，证明所提调制策略在水平方向上重构不会引入额外开关次数；最后搭建了仿真模型和实验平台验证了理论分析的正确性和可行性。

关键词：交错并联T型逆变器载波重构开关次数功率均衡调制策略

一种新型模块化三相光伏逆变器及其分布式控制策略

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电源学报 2022年

作者：党兴华潘尚智葛晓露宫金武郝利东查晓明武汉大学电气与自动化学院

级联H桥被认为是最适合光伏发电场景的拓扑之一。针对传统三相级联H桥光伏逆变器电容体积大、寿命短，相间功率失配及控制通信系统复杂的问题，本文基于磁通抵消原理提出了一种新型模块化三相光伏逆变器及其分布式控制策略。首先介绍了...

级联H桥被认为是最适合光伏发电场景的拓扑之一。针对传统三相级联H桥光伏逆变器电容体积大、寿命短，相间功率失配及控制通信系统复杂的问题，本文基于磁通抵消原理提出了一种新型模块化三相光伏逆变器及其分布式控制策略。首先介绍了模块化拓扑的基本结构，之后对磁通抵消功率解耦的基本原理及二倍频电压纹波的影响因素进行了详细分析，提出了一种分布式控制策略以实现二倍频电压纹波的抑制并保证三相输出功率平衡。最后，通过仿真与实验验证了分析的正确性与控制策略的可行性。

关键词：