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。     

陡化前沿Marx发生器中开关过电压的研究

为了解陡化前沿Marx发生器单级放电回路中影响气体火花开关过电压的因素,在理论分析了过电压幅值后进行了实验研究。分析认为:消除级间元件的耦合电容与增大开关电极对地的分散电容是设计陡化前沿Ma-rx发生器的关键;10级陡化前沿Marx发生器放电模型的计算分析表明,开关电极对地分散电容还应具备一定的数值才能实现快前沿高压脉冲的建立。基于以上分析设计制作的10级陡化前沿Marx发生器充电40 kV时,在90Ω负载上得到了电压幅值约为210 kV,电流约为2.3 kA,脉冲前沿时间约为4 ns的高压脉冲,验证了分析的正确性。最后分析了发生器工作在SF6气体中分别采用电感隔离充电与电阻隔离充电时发生器输出脉冲波形的差异,并对陡化前沿Marx发生器的进一步优化设计给出了一些实用的建议。     

固态Marx发生器研究进展

为推动固态Marx发生器技术的研究和发展,介绍了近年来国内外学术界对固态Marx发生器技术的研究现状,重点分析了固态Marx发生器涉及的隔离充电技术、陡化技术以及负载能力等关键技术问题,并展望了其未来发展的趋势。固态Marx发生器的固态开关采用独立触发方式,每个开关可分别控制开通和关断,具有多参数特制、高频化、寿命长3方面的突出技术优势。通过采用隔离充电方式,可以实现低压充电电源和高压脉冲输出之间的电气隔离;通过陡化技术,可以实现数十ns脉冲上升沿输出;结合特定设计,固态Marx发生器可适用于驱动电阻、电容、电感以及它们的组合型非线性负载,在一定范围内调制出需要的电压、电流波形,具有较大的灵活性。伴随着半导体开关器件以及电力电子技术水平的发展,固态Marx发生器将向小型化、集成化和模块化方向发展,满足脉冲功率技术未来不断提高的应用需求。     

基于快Marx发生器的紧凑型重频脉冲驱动源

为了实现重频脉冲功率源小型化,研制了基于快Marx发生器的紧凑型重频低阻抗脉冲驱动源。采用低功率电源(比如30 V电池)作为初始能源,重频高压充电电源集成大容量超级电容,可脱离外部电源重频对Marx发生器充电至100 k V,结合对高压充电电源和脉冲触发源的同步控制,实现Marx发生器的重频高功率多脉冲输出;Marx发生器中采用薄膜脉冲电容器、小型化气体开关、电感隔离以及SF6气体绝缘等设计,最高建立电压800 k V、额定储能1.6 k J;高压充电电源和脉冲触发源采用真空灌封绝缘胶等紧凑设计,全系统集成后外形尺寸约0.9 m×0.45 m×0.45 m。在实验中获得了重复频率10 Hz、脉宽150 ns、峰值电压400 k V、电流21 k A的连续多脉冲输出,为研制更高性能的小型化重频脉冲驱动源奠定了基础。     

小型X-pinch装置的设计

X-pinch等离子体是一种高辐射强度的亚纳秒脉冲X射线点源,非常适合作为X射线相位差衬托照相的光源,因而在临床医学、生物科学上具有重要的应用前景。通常用于驱动的X-pinch装置的脉冲功率源体积庞大、造价较昂贵,难以满足方便使用的要求。为此,介绍了一台桌面型X-pinch装置的结构设计、参数计算及仿真。装置由Marx发生器、脉冲形成线、主开关和负载4部分构成。Marx发生器结构采用4台67 nF/80 kV电容器及2个三电极火化间隙开关构成的正负充电线路。电容器充电电压为60 kV,初始储能480 kJ,通过电缆将能量传到脉冲形成线。形成线选用以去离子水作为介质的同轴结构,长84 cm,输出阻抗1.5Ω,预计装置的输出脉冲50 ns,通过充以N2气体的自击穿火花开关,将能量释放给负载。设计装置输出电流>50 kA,上升时间~50ns,输出功率约5 MW,适合驱动直径几μm的金属丝负载。整个装置可以放在1.8 m×0.8 m的带轮子的工作平台上,方便移动到各处进行X射线光相位差衬托照相。     

纳秒级高压快脉冲发生器的研制

为了研究电力系统中不断产生的特快速瞬态过电压(VFTO)对电工绝缘材料的影响,设计了一台用于模拟VFTO的快脉冲发生器,其输出波形要求:上升时间＜50 ns、峰值电压达1000 kV.该发生器由Marx发生器、负载测试腔及中间连接段组成.Marx采用正负充电电路,包括10个0.015 μF/100 kV的塑壳电容器、6...     

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。     

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。     

0.1TW级脉冲功率发生器的初步实验

为了驱动X箍缩和Z箍缩负载,构建了由Marx发生器、脉冲形成线、V/N开关、脉冲传输线、负载组成的0.1TW级脉冲功率发生器(PPG-I)并在Marx发生器充电电压为75kV时,对PPG-I进行了调试实验。实验发现:当V/N开关主间隙中SF6气压固定为0.466MPa时,改变辅助间隙中SF6气压将显著影响开关的放电及输出特性;若辅助间隙气压为0.274MPa,当脉冲形成线(PFL)充电电压接近峰值(1.1MV)时,辅助间隙首先击穿,引起主间隙中多弧道放电,1.25Ω匹配负载上电压为较理想的矩形波;若辅助间隙气压上升到0.344MPa,辅助间隙难以击穿,主间隙在PFL充电电压接近峰值时先击穿,主间隙中只有一条放电弧道,负载上电压波形缓慢上升到440kV,且无平顶部分。由此得出:V/N开关多弧道放电时,该脉冲功率发生器的输出参数满足驱动X箍缩和Z箍缩的要求。     

等离子体高压脉冲电源

研制了一种基于Marx发生器用于工业废水处理的高压脉冲电源,介绍了其工作原理、同步驱动电路及主要参数。Marx发生器共32级使用固态绝缘栅型双极晶体管(IGBT)和快恢复二极管为发生器的结构元件,聚丙烯(CBB)电容为储能元件。结构上采用顺/逆时针分部的紧凑型拓扑,降低了回路电感,实现了电源体积小型化;为防止IGBT因负载短路而损坏,驱动电路中加入无源保护电路。实验表明其在处理工业废水中效果优良。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。该文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

多路高压触发源抗干扰的新方法

提出了一种多路高压触发源抗干扰的新方法,它的特点是各触发电路中的储能电容器并非同时处于充好电的准备状态,而是按预定的实验时序充电并立即放电。因此,当某一火花开关被触发放电并产生电磁干扰,导致其他各路中的开关元件（如晶闸管）误动作时,这几路也不会输出高压触发脉冲（由于它们的储能电容器上电压为０）。该方法被用于电感隔离型重复频率ＭＡＲＸ发生器的触发系统中,取得了很好的结果。     

一种晶闸管开关冲击电压发生器的工作特性

笔者设计了一种晶闸管开关的冲击电压发生器,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、双向和续流三种放电工作模式。对充电拓扑电路设计的改进有效地避免了负载上的预脉冲,所给出的充电电阻计算方法能实现各储能电容充电电流的一致,有效抑制了环流,提高了充电效率,文中还给出充电电阻功率选取的计算方法。所进行的变负载放电特性分析表明:感性负载时,减小电感使输出电流脉冲幅值提高、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,为了获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲,减小回路的总电感是必要的。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果吻合较好。所设计的冲击电压发生器既可用于产生较强脉冲磁场也可用于产生放电等离子体的工业应用中。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。本文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

500kV砚都站断路器均压电容爆炸事故仿真分析及反措建议

针对一起500 kV变电站隔离开关操作过程中发生的触头关合不到位引起的断路器均压电容爆炸事故,运用电磁暂态软件ATP/EMTP编程建立了电弧重燃模型,从过电压以及能量积累两方面对事故原因进行了分析。结论认为事故是由系统通过电弧向均压电容与线路对地电容构成的串联电容多次充电引起的,均压电容两端电压波形包含基频、高频两个分量,长时间工频电压和操作电压的叠加作用效应最终导致均压电容发生绝缘击穿。根据仿真计算对事故反措提出了建议。     

A repetitive high voltage pulse adder based on solid state switches

A repetitive high voltage pulse adder based on solid state switches with isolated recharge is described. All capacitors in the modulator are recharged separately through a corresponding magnetic core transformer by a common high frequency power supply. This circuit configuration simplifies the insulation design and arrangement. This scheme is suitable for high frequency pulse discharge due to its high charge efficiency. At the same time it retains the inherent switch protection capability similar to a solid-state Marx modulator. In our present work, a 22-stage test modulator has been built and successfully operated at output voltage of 20 kV with repetitive rate of 20 kHz, rise time of 150 ns and pulse width of 3 ?s. The primary experiments verified the system feasibility.     

新型半导体隔离式高功率因数开关电源

提出一种以半导体开关作为隔离元件、电容器作为功率传输元件的高功率因数开关电源新型拓扑结构,通过控制半导体开关,使电容器交替充放电对负载供电,从而实现物理意义上的隔离。通过对电容器充电回路开关管进行控制,实现交流输入端的高功率因数。与传统的乘法器boostPFC控制电路不同,该装置采用单周期控制,不需要同时检测输出电压和输入电流及电压,无需乘法器。试验研究表明装置稳定可靠,有效地实现了负载与供电网侧的电气隔离。     

国网公司电科院探讨中压开关最新进展态势

截至2005年底,在网12～750 kV高压开关设备总量为295101台,其中40.5kV 48012台,12kV191852台,各占全网设备16%和65%.在网12 kV以真空占绝对优势,而40.5kV真空、SF6、油分别占有27%、51%、22%,SF6占了半壁江山.而各电压等级全年事故率中12 kV占45.2%,40.5kV占32.3%,可见中压等级无论在全网数量比例还是事故比重都占有较大比例.     

脉冲电晕法中的双脉冲电源的研制

研制设计了脉冲电晕法脱硫脱硝重要组成部分的双脉冲电源 ,它由高压发生、控制、火花间隙开关 3部分组成 ,可产生 6 0kV的脉冲高压 ,改变电容器容量可改变脉冲宽度。该实验所选电机转速 4 0 0 0r/min ,容性负载 30pF ,脉宽 <2 0 0ns,上升沿 <5 0ns,频率调节范围 0 相似文献   

重复频率Marx发生器

研制了一台电感隔离型重复频率Ｍａｒｘ发生器，其基本参数是：级数８，充电电压２５ｋｖ，重复频率５Ｈｂ。该装置用于爆发式连续工作模式，取得较好的结果。