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基于矩阵磁结构的平面电感寄生电容优化设计

中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2825-2832,I0025页

作者：屠腾张方华张钊荣黄恩泽余文浩多电飞机电气系统工信部重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

当平面电感的单层绕组匝数超过一匝时,外侧绕组间存储的电场能量会导致寄生电容偏大。为降低平面电感寄生电容,文中将一个电感拆分为多个分立电感以实现单层一匝的绕制方案,并分析分立电感方案与单磁心方案在铁损、铜损和体积方面的变... 详细信息

当平面电感的单层绕组匝数超过一匝时,外侧绕组间存储的电场能量会导致寄生电容偏大。为降低平面电感寄生电容,文中将一个电感拆分为多个分立电感以实现单层一匝的绕制方案,并分析分立电感方案与单磁心方案在铁损、铜损和体积方面的变化。针对分立电感体积增大这一问题,进一步提出矩阵磁方案,给出两电感、四电感磁集成结构。有限元仿真结果表明,相接近的体积下,矩阵磁方案降低了77%的寄生电容,并减小了69%的铜损。最后,搭建一台Buck变换器。功率实验结果表明,矩阵磁结构平面电感具有更优的性能。

关键词：平面电感寄生电容矩阵磁磁集成

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定频控制谐振型单级隔离AC-DC变换器

电工技术学报 2024年

作者：陈赉阳刘杰邢岩吴红飞南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室

基于串联谐振腔谐振频率点阻抗为零的特点，该文提出基于定频脉冲宽度调制的单级隔离式AC-DC变换器及其优化设计方法。通过调节谐振腔两端高频激励电压脉冲宽度，使得谐振腔两端基波电压相等，实现变换器等效电压增益宽范围连续可调，满... 详细信息

基于串联谐振腔谐振频率点阻抗为零的特点，该文提出基于定频脉冲宽度调制的单级隔离式AC-DC变换器及其优化设计方法。通过调节谐振腔两端高频激励电压脉冲宽度，使得谐振腔两端基波电压相等，实现变换器等效电压增益宽范围连续可调，满足AC-DC变换器交直流侧电压和电流调控需求。以AC-DC变换器全功率周期效率优化为目标，建立综合考虑开关损耗和导通损耗的分析模型，并据此给出变换器参数优化设计方法。该文详细分析变换器的工作原理和特性，最后设计开关频率300 kHz的实验样机，并通过实验验证了该文解决方案的有效性。

关键词：单级AC-DC变换器谐振变换器脉冲宽度调制软开关

基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3007-3020页

作者：郭磊魏佳丹王艺威周波王寅南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京211106 宁波海仕凯驱动科技有限公司宁波315300

针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感。在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将电网坐标系和电机... 详细信息

针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感。在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将电网坐标系和电机坐标系相统一,分析了充电状态下的电磁转矩。实际运行时存在双电池剩余电量不相等的情况,导致充电时双通道功率不平衡,因此设计了一种准直接功率控制策略,以解决功率不平衡带来的转矩脉动问题。最后通过仿真和实验验证了该集成化充电拓扑的可行性。

关键词：集成化充电拓扑开绕组永磁同步电机双电池组准直接功率控制

基于深度学习的冲击电压老炼过程中真空击穿机制甄别优化方法

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4153-4163页

作者：李世民徐勋晨张潮海南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京210016

冲击电压老炼技术是提高真空电极间隙绝缘能力的有效手段,快速准确地甄别真空击穿机制对揭示冲击电压老炼过程的物理演化机理具有重要意义。该文提出了一种基于深度学习的通过突显击穿前过程提高真空击穿机制甄别准确度的优化方法。对... 详细信息

冲击电压老炼技术是提高真空电极间隙绝缘能力的有效手段,快速准确地甄别真空击穿机制对揭示冲击电压老炼过程的物理演化机理具有重要意义。该文提出了一种基于深度学习的通过突显击穿前过程提高真空击穿机制甄别准确度的优化方法。对五对相同的无氧铜球形电极开展同样的冲击电压老炼试验,分别获得时间提取范围为0~400μs的完整击穿电压电流波形样本和0~200μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本,并通过深度学习模型对两种击穿电压电流波形样本开展脉冲电流诱发、场致发射诱发和微粒诱发三种真空击穿机制的甄别训练与测试,并将测试结果与真实结果进行对比分析与评估。结果显示:时间提取范围为0~200μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本的击穿机制甄别准确率均在87.99%以上,平均提高了2.55%,其对应的精确率、召回率和F1分数均更优。研究结果表明,突显击穿前过程的击穿电压电流波形处理能够有效地优化真空击穿机制甄别的效果,具有良好的工程应用前景。

关键词：冲击电压老炼击穿机制深度学习突显击穿前过程击穿波形

考虑老化影响的SSPC功率管热模型自适应在线修正方法

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电源学报 2024年第1期22卷 171-178页

作者：钱叶彤王莉赵瑞博南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京211000

固态功率控制器SSPC(solid-state power controller)中功率管的结温监测对SSPC的可靠性有至关重要的作用,热模型法因其无需直接接触测量且方法简单而被广泛使用。然而,功率芯片的老化会导致热路径的退化,器件的结壳热阻抗增加,使实际结... 详细信息

固态功率控制器SSPC(solid-state power controller)中功率管的结温监测对SSPC的可靠性有至关重要的作用,热模型法因其无需直接接触测量且方法简单而被广泛使用。然而,功率芯片的老化会导致热路径的退化,器件的结壳热阻抗增加,使实际结温远远超过热网络模型的估计值,导致对器件健康状态的乐观估计。焊料层疲劳失效被认为是SSPC功率管老化失效的主要原因之一。因此,在SSPC的寿命周期中实时监测器件的老化状态,并对功率管的热模型进行自适应在线修正,通过测量不受焊料层退化影响的热敏参数来计算热阻作为更新依据,将热阻信息关联焊料层老化状态来更新热模型。所提方法可在不影响SSPC正常工作的前提下,实时修正热模型,实验结果验证了方法的有效性。

关键词：热模型修正固态功率控制器结温 MOSFET 老化

基于改进同步解调方式的三级式同步电机无位置传感器起动控制

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电工技术学报 2024年第14期39卷 4353-4365页

作者：蔡正友魏佳丹胡文枝张卓然周波南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京211106 北京曙光航空电气有限责任公司北京100028

针对航空三级式同步电机起动控制中存在的转子位置信息获取困难问题,在励磁电压高频谐波自注入方法分析的基础上,该文基于同步解调的基本思路,提出了一种无需极性判断和励磁电流采样环节的同步解耦信号生成方式,并根据主发电机中响应电... 详细信息

针对航空三级式同步电机起动控制中存在的转子位置信息获取困难问题,在励磁电压高频谐波自注入方法分析的基础上,该文基于同步解调的基本思路,提出了一种无需极性判断和励磁电流采样环节的同步解耦信号生成方式,并根据主发电机中响应电压谐波的频谱特性设计了位置误差信息提取的精准谐波消除滤波器,可以降低转子位置估计闭环系统的阶次,增强系统的稳定性以适应更宽的转速范围。最后通过仿真和实验证明了所述改进同步解调方法能够实现高精度和宽转速范围的三级式同步电机无位置传感器起动控制。

关键词：三级式同步电机谐波自注入同步解调精准谐波消除滤波器

基于噪声源钳位的输入并联输出串联全桥变换器共模噪声抑制方法

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电工技术学报 2024年

作者：宋猛秦苏新朱子锐刘涛吴红飞南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室空间电源全国重点实验室(上海空间电源研究所)

该文提出基于噪声源钳位原理的输入并联输出串联全桥变换器改进拓扑结构，解决了传统输出串联结构导致的共模噪声恶化问题。采用输出串联结构能够减小高压输出场合下器件电压应力，但高频整流电路直接串联使得dv/dt噪声源叠加作用、导... 详细信息

该文提出基于噪声源钳位原理的输入并联输出串联全桥变换器改进拓扑结构，解决了传统输出串联结构导致的共模噪声恶化问题。采用输出串联结构能够减小高压输出场合下器件电压应力，但高频整流电路直接串联使得dv/dt噪声源叠加作用、导致更严重的共模噪声问题。该文建立输入并联输出串联全桥变换器共模噪声分析模型，分析串联噪声源相互影响。在此基础上，通过调整滤波电感位置，为噪声源构造了稳定的参考地，从而避免了噪声源串联叠加导致的共模噪声问题。最后，实验结果验证了所提出的改进电路结构能够有效地降低共模噪声。

关键词：输入并联输出串联全桥变换器共模噪声抑制噪声源钳位

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电加热防/除冰过程中溢流水再冻结数值模拟

南京航空航天大学学报 2024年第2期56卷 281-290页

作者：刘小暄朱春玲朱程香曹岩南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

当飞机飞行过程中遇到结冰工况时,为保证飞机的飞行安全以及气动性能,常使用热防护方法作为飞机防除冰的重要手段。本文通过使用共轭耦合方法建立了机翼内部多层导热与水膜流动的耦合计算模型,并针对电加热防除冰过程进行了一系列数值... 详细信息

当飞机飞行过程中遇到结冰工况时,为保证飞机的飞行安全以及气动性能,常使用热防护方法作为飞机防除冰的重要手段。本文通过使用共轭耦合方法建立了机翼内部多层导热与水膜流动的耦合计算模型,并针对电加热防除冰过程进行了一系列数值模拟计算。研究选取了可进行非稳态计算的Myers水膜模型,电加热组件导热模型则采用有限体积法隐式离散进行计算,水膜模型与导热模型通过交换边界值的共轭传热方法实现松耦合。研究发现在电加热防除冰过程中,由于积冰融化和水膜流动会产生溢流水再冻结现象。对电加热系统开启后期的积冰外形进行了流场计算与气动分析,发现机翼上下翼面溢流水冻结部位会对流场产生扰动。通过Q准则判断积冰后侧产生了涡结构,对比未发生结冰的干净翼型,机翼前缘位置溢流水冻结导致压力系数曲线发生较大震荡,因此溢流水再冻结问题影响了机翼的气动性能,未能使电加热防除冰系统达到理想的防护效果。

关键词：飞机防/除冰电加热防除冰耦合传热非稳态导热

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氢电-锂电通勤飞机分布式推进系统匹配设计

中国机械工程 2024年第1期35卷 27-35页

作者：王宇伍庭佳李湘余雄庆南京航空航天大学航空学院南京210016 飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

针对通勤类飞机总体设计参数和飞行任务剖面需求,根据氢电-锂电推进系统架构方案,提出了推进系统参数匹配方法和能源动态平衡管理策略。以19座级通勤飞机作为验证对象,对其动力装置和储备能源进行了选型和管理研究。根据选型的分布式推... 详细信息

针对通勤类飞机总体设计参数和飞行任务剖面需求,根据氢电-锂电推进系统架构方案,提出了推进系统参数匹配方法和能源动态平衡管理策略。以19座级通勤飞机作为验证对象,对其动力装置和储备能源进行了选型和管理研究。根据选型的分布式推进气动布局方案,进一步采用全析因试验设计方法分析了螺旋桨转向对飞机气动特性的影响,获得了有利于飞机巡航状态的螺旋桨转向配置方案。

关键词：通勤类飞机燃料电池参数匹配方法分布式电推进