基于Marx电路的纳秒级高压脉冲电源设计

为满足等离子体污水处理对高压脉冲电源的要求,设计了一种基于Marx发生器的紧凑型、高重复频率纳秒级高压直流脉冲电源,该脉冲电源以绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为放电主开关,并使用多输出磁环变压器为IGBT提供驱动信号。Marx发生器由25级电路组成,每级电路由IGBT开关、快恢复二极管以及电容器组成。充电时,通过电感和二极管对电容充电,减小电路功率损耗;放电时,电感对输出脉冲高电压与输入电源之间进行隔离。为了保护IGBT开关在短路等情况不被过电流损坏,使用了过电流保护电路。实验结果表明,输入电压为500 V低压时,串联25级电路即可获得最大幅值为10 k V、最小脉宽为400 ns且脉冲前沿为50 ns的高压脉冲,可实现反应器中气体的电晕放电,达到污水快速净化的目的。     

10kV全固态重复频率方波脉冲源研制

基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和Marx发生器电路,研制了一种在重复频率1~100 Hz下,最高输出脉冲电压10 kV、脉冲宽度从550ns到1μs可调的全固态方波脉冲源。设计中利用直流高压电源作为能源系统,采用MOSFET半导体固态开关替代气体火花隙开关作为放电主开关,用快恢复二极管取代充电电阻。由外部多功能触发器产生脉宽和频率均可调节的触发信号,通过驱动电路控制由MOSFET半导体固态开关构成的放电主开关,经脉冲放电回路在不同负载上实现输出所需的高压方波脉冲。通过实验验证了设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重频信号触发下该固态方波脉冲源输出的实验结果。     

用于等离子体离子辐照的新型阶梯型脉冲高压电路研制

为满足等离子体离子辐照和复合表面改性处理技术的发展,提出了基于Marx发生器,通过调节驱动信号延时,实现放电IGBT开关不同时导通,从而获得阶梯型脉冲高压输出的电路设计思想,并验证了其可行性.试验结果显示,该电路可输出脉冲峰值电压10 kV,峰值电流30 A,脉冲宽度3～30μs,脉冲频率20～500 Hz,最大电压阶...     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

基于同步信号的多路延时IGBT驱动电路设计

基于同步信号设计了一种可实现相互之间高压隔离的IGBT多路延时驱动电路系统,并应用到Marx电路中,实现了可柔性调节的阶梯型脉冲高压输出。试验结果表明,延时驱动电路可实现最大30μs的延时,且具有IGBT驱动电压欠压保护、自给反向栅压等功能,同时场效应管的存在抑制了栅射极电压振荡。驱动信号高压隔离变压器为单原边多副边结构,简单紧凑,通过副边数目的增减,可驱动不同级数的Marx电路,具有扩展性好的优点。过流保护电路反应速度快,IGBT关断可靠,可在2μs之内抑制短路电流继续上升。该驱动电路应用于10级的Marx电路中,实现了峰值电压10 kV,脉冲宽度30μs,最大电压阶数10阶的脉冲高压输出。     

晶闸管Marx发生器电路及充放电特性

为满足新兴工业对中小储能功率脉冲电源日益增长的需求,设计了一种采用晶闸管作为主开关的Marx发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流3种放电工作模式。该设计改进了充电拓扑电路,并给出了充电电阻及其功率的计算方法,有效地避免了负载上的预脉冲,实现了各储能电容充电电流的一致,有效地抑制了环流和提高了充电效率。变负载放电特性分析表明,感性负载时减小电感的输出能使电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,有必要减小回路的总电感,以获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果比较相符。所设计的Marx发生器在工业应用中既可用来产生较强脉冲磁场,又可用来产生放电等离子体。     

超级电容器恒功率放电系统中IGBT驱动的设计

根据超级电容器恒功率放电的要求,采用升压斩波拓扑结构设计恒功率放电系统。针对升压斩波电路中IGBT的驱动加以研究,采用HCPL-316J驱动光耦与PIC单片机相结合组成IGBT驱动电路。驱动芯片的输出端采用推挽结构,降低了驱动电路的输出阻抗,从而加快驱动电压的装载速度。PIC单片机产生占空比可实时调整的PWM波形作为输入,实测的输出波形符合IGBT驱动的要求,并随着输入波形的变化而变化,系统能够稳定可靠的工作。     

低频高压脉冲放电水处理电源设计

采用电容作为储能元器件,气体放电管作为脉冲开关,设计了低频高压脉冲放电水处理电源。结合电流电压双闭环负反馈控制方法,设计了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变直流充电电路,可对储能电容进行恒压限流充电。基于PIC16F72单片机,研制了专门的放电触发时序控制电路,实现了3路高压脉冲放电电路交替放电,脉冲电源放电频率可达200Hz。将该高压脉冲电源应用于日落黄模拟印染废水处理,降解效果显著。     

带截尾开关的高频纳秒脉冲功率源设计

为了获得具有快速上升、下降沿的高频纳秒脉冲,对传统雪崩单管电路的改进电路进行了试验,验证了改进电路能加快充电速度的可行性。设计了两种10级Marx型纳秒级正脉冲发生器,发生器采用磁环隔离的驱动方案,主电路拓扑结构中采用二极管代替传统Marx电路中的所有电阻。在100Ω的阻性负载下进行放电实验,最终重频工作状态下输出峰值上千伏的纳秒脉冲,输出端负载加截尾开关后脉冲的下降沿缩短至3 ns。实验结果表明,改进后的发生器有更高的输出幅值和工作频率,磁环隔离的驱动方案确保了每级雪崩管同时触发导通并且产生具有纳秒上升沿的快脉冲,二极管替代传统Marx电路的所有电阻加快了电容的充电速度、提升了脉冲发生器的工作效率,负载并联截尾开关后脉冲后沿更快,实验结果良好。     

Marx发生器驱动的电感储能型脉冲功率源

为研制电感储能型高功率脉冲源,实验研究了采用Marx发生器驱动电感储能-电爆炸丝断路开关的技术途径。研究表明,以等效电容1μF的Marx发生器作为能源,采用1.5μH的储能电感和上百根直径0.05mm、长560mm金属丝并联形成的断路开关,在Marx发生器等效输出电压>180kV时,可在约10Ω负载上输出峰值功率>40GW,能量传递效率>50%,脉宽近200ns,前沿约50ns的脉冲,从而证明该技术途径可较大幅度提高脉冲功率源的输出功率和能量传递效率。     

基于FPGA控制的多电平电压质量调节装置研究

研究了基于4 H桥级联9电平结构的电压质量调节装置,采用现场可编程门阵列和数字信号处理控制,针对电力系统中出现的各种电压质量问题,提供了综合的解决方案。该方案能够对电力系统中发生的电压暂升、电压暂降、电压谐波、电压波动等问题进行复合补偿,从而保证系统的电压质量。最后设计研制了0.1 MVA/400 V低压样机,对于各种电压质量问题进行试验,并对数据结果进行分析,结果表明本装置可以有效补偿各种电压质量问题。     

电压稳定研究述评

对国内、外电压稳定研究的现状做了概述,内容涉及到电压稳定研究的必要性、工业界的需要、模型与仿真、不稳定机理、防范措施和解析工具等,其中特别突出了对于与电压稳定性相关的安全性评估中的计算机方法和实时方面的问题。力求使读者掌握关于电压稳定研究的总体框架,并使一些重要概念清晰化。进而在此基础上指明了一些有待研究的方向,特别是紧密围绕工程需要的研究方向。     

微功耗直流稳压器

微功耗直流稳压器采用电压切割和电压补偿的方法,实现了对直流电压的稳定或调整,该直流稳压器最大特点是,主电路不采用PWM脉宽调制,不产生EMI干扰,因此功耗极小而寿命极长,输出直流电压调整率高,效率高达99.5%,安全可靠,节能环保,电路简单,制作安装容易,其成本、体积、重量、功耗都是传统直流稳压器的十分之一。     

微功耗交流稳压器

微功耗交流稳压器采用极简单的电子电路和稳定直流电压的方法,实现了对交流电压的稳定或调整,可稳定交流大功率或电力电源;该交流稳压器最大特点是,不采用工频变压器或工频电感,主电路不采用PWM脉宽调制,不产生EMI干扰,因此功耗极小而寿命极长,输出正弦波不失真,效率高达99.5%,安全可靠,节能环保,电路简单,成本低,制作安装容易。     

静止无功发生器在电压不平衡下的工作特性及其对不平衡电压的补偿

电网电压不平衡对并网的电力电子装置有着十分重要的影响.本文详细分析了采用传统控制方法时静止无功发生器(SVG)在电网电压不平衡下的工作特性.为了降低不平衡电压对SVG的危害及其对负载的影响,在SVG补偿无功的基础上,提出一种多目标补偿控制策略.当电网电压严重不平衡时,SVG就从补偿无功的功能切换到补偿电压不平衡的功能,扩展了SVG的功能.仿真和实验结果验证了该方法的正确性.     

继电保护交流电压切换原理改进的几种建议

在湖南省电力系统双母线接线方式中,因为设计原理的原因会发生因直流失压导致交流小母线失压的情况,为此简单介绍此种电压互感器二次切换原理,并提出几点改进建议。     

1000 kV荆门变电站主变压器第三线卷额定电压选择及低压无功补偿设备配置

根据无功就地平衡的原则和投切无功补偿设备时对电压波动的限制要求，确定了1000 kV荆门变电站低压无功补偿设备的容量和分组方案。在此基础上，为保证低压设备运行的安全及灵活性，根据有关设计规程，结合工程实际经验，提出了主变压器第三线卷额定电压、低压电抗器和低压电容器的最高运行电压和额定电压。研究结论已作为特高压输变电设备研制和开发的重要技术依据。     

瞬时电压补偿装置的零序电压控制

分析了瞬时电压补偿装置（DVR）产生零序电压及其放大机理。分析表明，即使系统不存在零序回路，DVR都会在补偿控制中向系统注入微小的零序分量，该零序分量会对无零序回路系统侧电压造成不良影响。为此，提出了新的控制策略，该控制策略通过检测并消除指令中的零序分量，以破坏无零序电流回路系统的零序电压正反馈条件，消除DVR注入零序电压的不良影响。仿真结果表明，所提出控制策略是正确有效的。     

上海农村380V电网电压偏低原因及解决措施

电压合格率是考核电能质量的重要指标。针对上海农村380V电网电压偏低现象,对造成低电压的直接和间接原因进行了分析,并结合实际提出了解决措施。     

火电机组辅机变频调速系统低电压穿越测试

为了准确分析火电机组变频调速系统的低电压穿越能力,避免火电机组一类辅机（如给煤机、给粉机、空气预热器等）变频调速系统发生短时（小于5 s）电压暂降或中断供电造成设备损坏、机组停机或机组输出功率大量下降,提出了2种利用电压暂降发生器对火电机组辅机变频调速系统进行低电压穿越测试的原理和方法,通过对比分析研究,为变频调速系统改造前的低电压穿越能力实测和改造后的验收试验提供了理论参考,实践结果证明了该方案的可行性和正确性。