基于可视化算法的单相不控整流LC滤波器的设计

摘要

随着电力电子技术的迅速发展,PWM控制技术在整流电路中被广泛应用,并突显了其优越性。但是,在交—直—交变频器、开关电源和不间断电源等应用场合中,大都仍然由不可控整流电路经LC滤波后提供直流电源。本文以单相不控整流LC滤波器为研究对象,展开分析。
　　本文首先提出了用于功率变换器优化的多维可视化算法,主要介绍了四维、五维可视化算法的实现过程。随后文章对单相不控整流LC滤波器的相关理论知识进行分析研究,包括电路工作模式、滤波器设计要求和构成、磁的相关知识。
　　对于LC滤波型不控整流电路,电感器位于整流桥的直流侧时,消除电感器直流偏磁的影响已成为研究的热点。将电感器由直流侧挪至交流侧,可消除电感器的直流分量,但其动静态特性的分析和优化设计也更加复杂。针对电感器位置的不同,对LC滤波型不控整流电路进行数学分析,利用5维可视化展现两种情况下瞬态电压和电流的变化过程,表明采用交流电感器时振荡电压低浪涌电流持续时间短。而且,相同条件下,电感器位于交流侧时,铁心磁导率更高,铁心AP值更小,更有利于电感器体积的优化。可通过对电感器位于交流侧时的滤波器参数优化来选择L、C的取值。
　　电感器作为LC滤波器中必不可少的重要器件之一,正在向集成化、小型化的方向发展,但因其磁芯具有多值非线性和优化设计方程难以觅得有价值的数值解等原因,目前电感器的研发往往是采用可行设计来完成的,如何对磁性器件进行有效优化成为电力电子技术中的一大难点。本文结合硅钢片有/无气隙状态下的极限磁滞回线推导出等效磁导率关于饱和磁场强度、磁路长度和气隙长度等的表达式,通过对该表达式关于气隙长度求偏导并令其等于零,利用可视化求解出使铁心等效磁导率最大的气隙厚度与磁路长度的比值。同时基于Ap值法设计所需参数的电感器,以铁心截面、窗口面积和线圈匝数为自变量,分别演绎出以电感量、体积、损耗和温升等为因变量的表达式fi(N,Ae, Aw),用多目标交集的4维可视化形式实现了优化设计,并对比分析了可视化算法与传统设计算法,最后通过实验验证了其理论的正确性,相同电感量下,位于交流侧和位于直流侧电感器体积的比值约为1/2。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究概况

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 多维数据场的可视化算法

2.1 多维数据可视化的现状

2.2 完全四维可视化的实现

2.3 完全五维可视化的提出

2.4 本章小结

第3章 不控整流LC滤波器理论知识的研究

3.1 LC滤波型单相不控整流电路

3.2 LC滤波器

3.3 电解电容器

3.4 电感器

3.5 本章小结

第4章 单相不控整流LC滤波器的可视化分析设计

4.1 两种滤波器的分析与比较

4.2 LC滤波器的优化设计

4.3 电感器体积

4.4 本章小结

第5章 交流电感器的优化设计

5.1 铁心材料的选择

5.2 铁心气隙的选择

5.3 电感器诸目标数学表述

5.4 交流电感器的设计要求

5.5 交流电感器可视化优化设计

5.6 可视化算法与传统算法的比较

5.7 电感器实物与实验仿真

5.9 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附录