适用于PEA空间电荷测量系统的高压脉冲发生器设计

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个高压脉冲。阐述了电声脉冲法(PEA)测量电介质中空间电荷的原理,并分析了高压脉冲波形对测量信号的影响。在分析传统高压脉冲发生器的基础上,介绍了一台新型带相位检测的高压脉冲发生器,从而使PEA空间电荷测量系统能够适合交流电压下的电缆绝缘测试,该发生器能够形成50 ns、100 ns和200 ns的5 kV陡脉冲电压信号。     

用于放电等离子体的重频固态纳秒脉冲电源

为提高放电功率、产生大面积等离子体,设计了一种高重复频率纳秒脉冲电源,其基本原理是采用高压截断法产生高压脉冲.选用通断速度较快的碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)产生纳秒级截断,进而可以大幅提高输出脉冲的重复频率;使用8个串联的MOSFET同步工作,以提高输出电压幅值.测试结果表明,该电源输出脉冲的电压幅值可达10 kV,脉冲上升沿约为12 ns,半高宽约为750 ns.负载为5 kΩ无感电阻时,连续运行重复频率可达100 kHz,爆发模式下重复频率可达1 MHz.电源带载能力较强,未击穿时输出电压脉冲波形基本不随电极负载发生改变.该电源可长期稳定工作,产生较大面积等离子体,满足了高重复频率纳秒脉冲放电的需求.     

适用于脉冲电声法的ns级超窄高压脉冲发生器的研制

对于电声脉冲法空间电荷测试系统中的高压脉冲电源,论文提出了采用脉冲形成线及振荡电路原理来实现超窄高压脉冲。论文在对脉冲发生原理及形成线的参数对波形影响进行了详细论述与分析的基础上,对超窄高压脉冲电源进行了制作和测试。从测试的结果可以看出,基于脉冲形成线原理的高压脉冲发生器能够形成稳定的超窄高压脉冲(ns级),其脉冲宽度随脉冲形成线的长度增加而线性增加,可适用于不同空间分辨率的电声脉冲法空间电荷测量系统。     

改进电声脉冲法的交流空间电荷测量新方法

提出一种交流电压下的电声脉冲法空间电荷测试新方法。采用电脉冲作为触发源,利用数字示波器的长存储功能同时获取空间电荷信号和高压交流电压信号,从而避免了传统交流空间电荷测试方法的硬件同步。通过调整脉冲发生器的频率可获取不同相位下的高压交流下的空间电荷响应,并通过平均若干个交流周期的空间电荷信号获得足够信噪比的相位相关的空间电荷信号。通过对低密度聚乙烯工频50 Hz下的空间电荷测量结果表明,在交流电场下,下电极附近区域会形成异号电荷;与传统的交流空间电荷测量系统相比,由于测量时间得到很大程度缩短空间电荷信息能够最大限度保存,并且新系统较老系统有更高的相位分辨率,空间电荷衰减图形更能逼真的反映电荷动态变化。     

轻质高频高压纳秒脉冲电源研制

高压脉冲电源是产生放电等离子体及其应用于生物医学、材料表面处理及流动控制的重要激励源.基于单极性Marx电路与脉冲变压器相结合的思路,利用脉冲变压器的电压波形过冲现象,开发了一台高频高压纳秒脉冲电源样机.该电源样机输出电压幅值最高可达21 kV,频率最高达16 kHz,上升沿和下降沿分别约为145 ns和215 ns,脉宽约为250 ns;输出平均功率为125W以内时,整机效率高于80％.该脉冲电源的输出电压、频率等参数连续可调且体积较小.上述研究为开发应用于放电等离子体的高压脉冲电源提供重要参考.     

一种纳秒级高压脉冲发生器的研制

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个幅值大于400 V、脉宽小于20 ns的高压脉冲。笔者研制了一种纳秒级高压脉冲发生器,利用水银继电器作为开关,贮能电容通过此开关对匹配负载放电,经试验能产生脉冲幅值600 V、脉宽小于10 ns的陡脉冲电压信号。     

100kV高压ns陡脉冲源的研制

介绍了 10 0 k V ns级上升前沿 5 0 Ω负载的高压脉冲源的设计 ,它的组成、工作原理和主要参数 ,分析了影响脉冲前沿的因素 ,介绍了高压脉冲源并给出了 GTEM室中 ns级双指数波脉冲电场的测量波形 ,其上升前沿 tr<4ns,最佳状态 <3ns。     

基于冷阴极触发管的重频高压脉冲源设计

为满足爆轰物理实验、X光机以及Marx脉冲功率装置等触发系统的需求,设计了一种输出幅度在8~15 k V、重复频率1~40 Hz工作的重频高压脉冲源。采用固定频率脉宽调制(PWM)控制器TL494集成电路,构建高压电源给储能电容提供所需能量;在手动触发、光触发(单次和重频)以及电触发三种触发脉冲信号的作用下驱动IGBT半导体开关,经脉冲变压器变换后控制冷阴极触发管迅速导通,致使储能电容上的能量在75Ω负载上瞬间产生放电,得到一路幅度大于15 k V、脉冲前沿小于13 ns、脉宽大于500 ns的高压脉冲和一路幅度大于150 V、前沿小于8.3 ns、脉宽大于1μs的同步脉冲,系统抖动时间绝对值小于10 ns。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了重频工作下高压脉冲源输出的实验结果。     

软开关双极性高重频高压脉冲源

提出一种控制模式,构造了一种基于Boost变换器的双极性高压双快沿脉冲源,形成双极性高压脉冲的原理是利用两组Boost变换器,通过对称控制在负载上输出交替变化的电位。由于二极管转换速度比有源功率开关管快,因此输出脉冲前沿比后沿陡峭,前沿时间约为40 as,而后沿时间约为160 ns。输出脉冲顶部平坦,约为350 ns。脉冲源工作于不连续模式,实测升压比约540倍。谐振实现了功率MOSFET的软开关。     

用介质损耗分析变频电机匝间绝缘老化特性

变频电机匝间绝缘承受来自逆变器的连续高压脉冲方波的作用,为探讨工频正弦电压作用下具有很大差异的老化机理,通过采用工频正弦和高压脉冲方波两种电压源对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样进行了电热联合老化对比试验,测量损耗角正切tanδ随老化时间的变化趋势,并结合热刺激电流测量结果,分析了电压形式对匝间绝缘介质损耗产生和发展的作用机理。试验结果表明:绝缘内部有放电发生时,放电与空间电荷协同作用使绝缘缺陷迅速增多;无放电时空间电荷反复注入和抽出造成绝缘损伤。两者都导致高压方波脉冲老化下绝缘材料的tanδ高于工频正弦老化下的tanδ;高压方波脉冲下空间电荷可能是导致绝缘材料最后击穿的原因。     

亚纳秒前沿高压脉冲信号发生器

提出了一种新型亚纳秒前沿脉冲信号发生器。该机采用了亚纳秒脉冲放电管，全部充放电回路进行同轴安装。整机抗干扰能力强，能产生幅值不低于２ｋＶ、上升时间小于０．８ｎｓ、脉冲宽度达１５０ｎｓ的矩形脉冲。     

用于产生等离子体的高压脉冲电源的研制

为给高压脉冲装置提供脉冲电压使其在低气压下激发出低温等离子体,研制了一台等离子体的高压脉冲电源。介绍了该套高压脉冲电源装置的构成原理、工作性能后,分析了实验的实际脉冲电压波形与仿真波形,发现二者比较接近,证明利用Simulink可模拟仿真气隙放电,采用此种碳刷型旋转开关,并适当改善定转子尺寸及倍率DT可以得到频率从0-800Hz,幅值为±20kV的高压脉冲电压。     

纳秒级高压脉冲下示波器输入通道保护装置的设计

在高压试验中,示波器通常会受到高于正常工作电压的瞬时过电压的冲击,如感应过电压、操作过电压等。为了使示波器能够免受高频率大幅值的瞬间冲击电压,设计了一种基于放电管的示波器输入通道保护装置,并在实验室条件下对其进行低压性能测试、高压方波及雷电波下的性能测试。实验结果表明,该保护装置不影响信号的正常测量,高频可达80MHz;响应速度快,能够将千伏级高压脉冲迅速限制在2V以内;可靠性强,可长期稳定工作,适用于纳秒级高压脉冲下信号的测量及示波器的保护。     

基于电声脉冲法的空间电荷测试技术研究进展

通过分析传统电声脉冲法被直接测试技术取代的原因,介绍了国内外高温下空间电荷电声脉冲法、连续测量电声脉冲法及三维空间电荷电声脉冲法等新测试技术的研究发展情况,并提出了空间电荷测试技术的发展方向.     

电声脉冲法中脉冲对空间电荷分布测量的影响

首先阐述了目前已广泛应用的电声脉冲法(PEA)测量电介质中空间电荷的原理,介绍了一台新型的PEA空间电荷测量装置(其电脉冲幅值和宽度可调),并利用此装置在相同的测试条件下测量了相同的试样。研究发现:对固定厚度的传感器来讲,空间电荷分布信号随脉冲幅值增加而增加,且其波形随脉冲宽度增加而展宽和增强。最后根据PEA测量空间电荷的原理合理分析了上述的现象。     

模块化绝缘老化试验高压脉冲电源的研制

根据绝缘材料检测的需要,研制了一种新型的无输出脉冲变压器的高压脉冲电源.基于模块化思想,通过增减模块可以改变系统最大输出峰峰值电压,开发的脉冲电源由4个模块串联而成,电源输出峰峰值电压0～4kV,频率1～20kHz,占空比50%,空载时上升沿小于100 ns,加最大负载时上升沿小于200 ns,完全满足对绝缘材料的检测要求.     

基于氢闸流管的高压脉冲电源

针对高压脉冲电场杀菌技术对于系统核心部分高压脉冲电源的要求,设计一种输出脉冲电压峰值可达5～30 kV(100 V步进可调),输出脉冲频率为200~1 000 Hz可调,脉冲宽度为0.2~2μs可调,脉冲前沿<100 ns的高压脉冲电源。该系统利用单片机进行自动控制,通过可调直流高压电源和储能元件作为能源系统,利用氢闸流管作为主放电开关,控制脉冲峰值和频率,最后通过脉冲变压器升压在杀菌腔体的极板上得到所需的脉冲电场。     

基于电声脉冲法的空间电荷测量装置

为了从微观角度分析绝缘材料老化和击穿的原因,研制了一套基于电声脉冲法(PEA)直接测量聚合物中空间电荷分布的试验装置。分析了电声脉冲法测量空间电荷的原理;设计了一种基于测试系传递函数的陡脉冲(幅值600V,脉宽10ns),以消除由系统硬件引起的过冲;讨论了各种干扰对测量结果的影响,设计了前置宽带高频小信号放大电路(增益34dB,带宽340MHz)和压电传感器。试验表明,该测量装置的分辨率可达到30μm,输出波形能直接反映试样中空间电荷分布,避免了复杂的数学处理,并以此装置实测了变频电机绝缘用聚酰亚胺膜中空间电荷的分布。