基于磁脉冲压缩技术的电除尘器供电电源

阐述了脉冲供电电源对比其他种类电源的优点及其应用,提出了基于磁脉冲压缩技术的电除尘用脉冲供电电源,利用磁材料的B-H曲线和伏秒积特性解释了磁开关即可饱和电感的实质及其工作原理,在分析一阶磁压缩网络的基础上,给出了基于二阶磁脉冲压缩供电电源的电除尘器的仿真实例,通过仿真结果证实了磁脉冲压缩理论运用在电除尘领域的可行性。指出减小磁芯体积可有效降低损耗,并推导了构成磁开关的两个重要参数-磁芯体积和电感量的计算公式。     

实用化高压脉冲电源的研制与改进

提出了一种基于半导体断路开关(SOS)和两级磁脉冲压缩网络的高压脉冲电源,电源在负载为50Ω时脉冲电压峰值和脉冲宽度为51 k V和120 ns,但在负载为反应器时仅为16 k V和12μs。探讨了电源和反应器之间的匹配,以利于提高电源能量利用效率。根据将反应器整体看成是一级电容的匹配思路,设计出了一级磁压缩电源和两级磁压缩电源与反应器进行匹配。从实验结果可以看出,改进后的电源对大型反应器的效果非常好,负载为反应器时,一级磁压缩电源负载脉冲电压峰值和脉冲宽度为23 k V和6μs,两级磁压缩电源负载脉冲电压峰值和脉冲宽度为30 k V和1.2μs。     

基于磁开关的脉冲陡化电路的设计与仿真

为研制用于等离子体发生器的高压高频脉冲电源,根据磁脉冲压缩网络的理论设计了一套脉冲陡化电路。该电路将峰值5 kV、重复频率5 kHz的电压脉冲陡化,其脉冲上升沿由50μs陡化为几十ns。在分析了电路的工作原理并给出其设计要点后建立了电路的仿真模型。仿真结果表明:电源输出脉冲波形受负载等效参数的影响较大;脉冲陡化效果受磁开关饱和电感以及导通时间的影响较大。     

基于磁开关的高压纳秒脉冲电源

基于磁脉冲压缩技术设计了一种磁开关,通过初始脉冲波形参数与磁开关参数的配合,将微秒级原始脉冲加以压缩,产生电压幅值为6 kV、上升时间为300 ns的脉冲。分析了单级、多级磁脉冲压缩电路的工作原理,介绍了磁开关的计算设计方法,并建立了电子工作台(Electronic Workbench,简称EWB)电路仿真模型,比较了电路中各元件参数对脉冲输出参数的影响。     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

磁脉冲压缩系统实验研究

介绍了一种没有附加磁心复位电路的磁脉冲压缩网络,并设计研制了单级、两级磁脉冲压缩系统。单级磁脉冲压缩系统在110Q纯阻性负载两端输出脉冲幅值约20kV,下降时间40ns,脉冲宽度（半高宽）70ns,最高重复频率可达500Hz;两级磁脉冲压缩系统在265QNaCI溶液无感电阻负载两端输出脉冲幅值35kV,上升时间20ns,脉冲宽度（半高宽）70ns。     

纳秒级高压脉冲电源的研究

设计一种应用于挥发性有机气体脱除的高压窄脉冲电源,利用脉冲变压器组合低压开关和两级磁压缩电路输出纳秒级电压脉冲,利用窄脉冲放电产生等离子体,实现污染废气脱除的节能性与高效性.通过原理分析与理论推导,研究系统参数对电源性能的影响并完成关键参数设计.最后在实验室搭建电源样机,实验表明系统可以产生上升沿为760 ns,幅值为70 kV的电压脉冲,验证了理论分析与设计的正确性.     

磁脉冲压缩系统实验研究

介绍了一种没有附加磁心复位电路的磁脉冲压缩网络,并设计研制了单级、两级磁脉冲压缩系统。单级磁脉冲压缩系统在110Ω纯阻性负载两端输出脉冲幅值约20kV,下降时间40ns,脉冲宽度(半高宽)70ns,最高重复频率可达500Hz;两级磁脉冲压缩系统在265ΩNaCl溶液无感电阻负载两端输出脉冲幅值35kV,上升时间20ns,脉冲宽度(半高宽)70ns。     

单级磁脉冲压缩系统分析

为提高磁脉冲压缩系统的应用效果,在分析了传统磁脉冲压缩系统的原理、缺点后介绍了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统并从原理、压缩过程以及不同的拓扑电路3方面详细分析了单级磁脉冲压缩系统,特别是C3和C4对负载放电过程,给出了等效电路。通过等效电路的仿真解释了续流电感L2对系统的影响;仿真和实验结果的对比验证了电路仿真模型的正确;对于快速恢复二极管替代续流电感的系统电路,仿真与实验结果均表明脉冲尾部的反峰幅值与持续时间都显著减小。     

RSD开关在脉冲电源中的应用研究

该文提出应用RSD(Reversely Switched Dynistor)设计脉冲功率电源的方法，并在应用RSD设计脉冲电源过程中对两种关键元件磁开关和脉冲变压器进行了重点设计，确定回路参数配合原则。在3种典型触发方式的RSD脉冲电源基础上，提出了RSD端电压翻转式触发电路，以提高RSD的触发效率，采用了阻尼衰减模型的设计方法消除主回路放电过程中出现的振荡。对该电源放电脉冲压缩形成回路模型进行了设计分析，并对其和共触发电路进行了设计仿真。对所提出的触发RSD方式的脉冲电源设计方法进行了试验验证分析和仿真验证分析，证明了设计方法的正确性。     

脉冲磁体供电用高储能自愈式脉冲电容器的研制

介绍了一种用于脉冲强磁场实验装置中作为脉冲电源的高储能自愈式脉冲电容器,从原材料的选取、场强的选择、产品结构等方面探讨设计方案,分析了该产品在制造过程中存在的关键问题及解决过程,并从试验等方面进行验证。     

多级磁压缩脉冲电源

阐述用于EUV光刻技术的脉冲功率电源的设计。该脉冲电源由充电电容组,半导体开关(IGBT),脉冲变压器和四级磁压缩回路组成。解释磁开关的工作原理,提供各关键元件的设计参数。根据磁性材料的物理特性参数,利用Pspice仿真软件建立磁芯模型,构建磁开关和仿真电路,对各级电压和电流波形进行分析,进而设计调整各级磁开关的参数。实验结果表明,该脉冲电源输出峰值为30 kV,上升沿为<85 ns,脉冲宽度<100 ns的脉冲信号。     

补偿脉冲发电机电流脉冲成形的分析

补偿脉冲发电机利用电磁感应定律和磁通压缩原理,集能量存储、机电能量转换和脉冲成形于一体,是一种很有潜力的高功率、小型化脉冲电源。为深入研究补偿脉冲发电机的工作原理及脉冲成形电流,在简化的电机原理图和一定假设的基础上,详细推导了脉冲发电机在3种不同补偿方式下输出电流的表达式;以选择被动补偿为例,应用MATLAB软件对建立的脉冲成形电流进行了分析计算,得到了各种情况下脉冲发电机的典型脉冲电流波形,进而对比分析了电流脉冲波形与点火角度、线圈相对位置、耦合深度、补偿形式等因素的关系;比较了有补偿和无补偿情况下的脉冲电流波形;通过对补偿式脉冲发电机脉冲成形电流的分析得到了其与脉宽、脉冲能量等的对应关系。     

All-Solid-State Power Modulator for Pulsed Corona Plasma Reactors

Atmospheric pressure pulsed corona plasma (PCP) reactors of wire-plate design offer novel solutions to environmental issues and to a number of industrial processes. Emerging applications include indoor air sterilization and odor removal in air conditioning systems, chemical synthesis in non-thermal plasmas, and plasma reforming of gaseous fuels. We previously reported on experimental investigations of a laboratory size, wire-plate plasma reactor for pulsed corona treatment of gas flows. Operation with gas flow, at pulse repetition frequencies of between 10 pps and 200 pps, has been achieved at pulse voltage amplitudes of between 10 and >30 kV, at pulse durations of around 0.3 mus (FWHM). High efficiencies of up to 70 g/kWh have been reported using an all-solid-state pulse generator. In this work, we report on the development of all-solid-state power modulators for use with nonlinear loads like pulse corona plasmas. The pulse generators are based on a fast thyristor switch discharging pulse capacitors, a pulse step-up transformer, and one or two stages of magnetic pulse compression. At pulse repetition rates of up to 200 pps, amplitudes of > 30 kV into a resistive-capacitive load (1 kOmega200 pF) have been achieved, at risetimes of about 80 ns and a pulse width of 0.3 mus. The pulse generator is insensitive to load variations, in particular to sparking in the reactor. An advanced generator version uses two magnetic pulse compression stages resulting in even shorter rise times. The modulator and its performance concerning experimental results will be described in detail when driving a pulsed corona reactor.     

多级超导脉冲变压器的协调放电模式分析

为了探索多级超导电感储能的脉冲功率技术,设计两种基于多级超导脉冲变压器的XRAM结构的脉冲电源模式,并对其协调放电特性进行分析和仿真研究。首先介绍单级的基于超导脉冲变压器和电容器混合储能的脉冲电源电路及其工作原理。然后结合XRAM电路的结构特点,设计两种XRAM结构的脉冲电源模式,分析这两种脉冲电源模式各自的特点,仿真研究其不同的协调放电方式。最后选择负载电流脉冲的幅值、半高宽、矩形面积比和能量传递效率等四个性能为指标,分析两种脉冲电源模式的输出特性。结果表明:多级超导脉冲变压器可以采用XRAM电路结构,在多级同步放电的模式下负载电流脉冲在幅值、半高宽和能量传递效率等性能方面要优于非同步放电模式。     

Coaxial magnetic pulse compression system to generate fast‐rising pulsed power

A fast‐rising pulsed power generator (PPG) using a coaxial magnetic pulse compression (MPC) system has been developed. Two kinds of magnetic cores, a Co‐based amorphous metal and a nanocrystalline Fe‐based soft magnetic metal, have been used in the coaxial MPC system to evaluate losses of magnetic cores and leakage current of a saturable inductor. The PPG produced a pulsed‐high‐current of 3.7 kA with a risetime of 7 ns (20–80%) at a repetition frequency of 1000 pulses per second. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于POS的紧凑一体化功率脉冲电源

为发展高功率脉冲电源的工业应用而提高其重复工作频率并实现紧凑一体化,设计了一种基于等离子体断路开关(POS)的功率脉冲电源。该电源采用LCC谐振的有源充电器,以产生初级脉冲的Marx发生器为其负载,另外它还可作为等离子体枪的激励脉冲电源和POS的外加磁场激励电源。充电器的设计能满足上述负载在一定重复频率下的充电工作要求,从POS等离子体的注入到外磁场激励,再到Marx发生器和POS的工作,都通过电源电路及参数设计和时序脉冲触发控制而有序地进行。在介绍了轴向和角向两种外加磁场的同轴POS结构、触发控制同轴等离子体枪结构、脉冲发生主电路及其等效电路模型和触发控制脉冲时序后,仿真实验了设计参数的电路。结果表明该电源可以在紧凑一体化的设计原则之下实现Marx发生器初级脉冲的产生,再通过POS断路进一步压缩输出,从而得到较高的脉冲电压放大倍数。电源设计方法和仿真结果将可用于进一步发展面向新兴工业应用的重复频率功率脉冲电源。     

基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统设计

设计构建了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统,该系统主要包括储能部分、充电部分、放电部分及监控系统。储能部分采用磁悬浮飞轮储能装置,充电部分采用充电电源和充电机,放电部分采用逆变器和变压器,监控系统实现对整个系统的数据采集、存储、监视和控制。系统的运行状态包括静止状态、启动状态、充电状态、放电状态、待机状态和停机状态。通过监控系统对整个系统的运行状态进行协同控制,保持系统正常运行。搭建模拟测试系统进行了实验测试,结果表明,测试系统能够在3 ms内快速响应,输出秒级的脉冲平顶波。该系统采用模块化设计,容量配置灵活,响应速度快,使用寿命长,建设周期短,运维简单,可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求。     

High Voltage Pulsed Power Supply Using IGBT Stacks

High voltage pulsed power supply using IGBT (insulated gate bipolar transistor) stacks and pulse transformer for plasma source ion implantation is proposed. To increase voltage rating, twelve IGBTs are used in series at each IGBT stack and a step-up pulse transformer is utilized. To increase the current rating, the proposed system makes use of synchronized three pulse generator modules composed of diodes, capacitors and IGBT stacks. The proposed pulsed power supply uses semiconductor switches as main switches. Hence, the system is compact, and has semi-infinite lifetime. In addition, it has high flexibility in parameters such as voltage magnitude (10-60 kV), pulse repetition rate (PRR) (10-2000 pps), and pulse width (2-5 muS).