高频高压电源电晕放电研究

本文报告了一种高频高压电源,利用交直流叠加技术,产生高频快速上升沿的交流脉冲,满足产生低温等离子体的需求。实验表明,交直流叠加电源能够产生良好的低温等离子体     

基于IGBT的频率叠加型高压脉冲电源的研究

针对高压脉冲电源的高压高频以及脉宽的特殊需求,采用频率叠加理论提出了一种基于绝缘栅双极晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）的频率叠加型高压脉冲电源。该脉冲电源通过对传统高压脉冲电源的改进,解决受IGBT和二级管模块的开关频率限制而脉冲电源无法同时实现高压、高频问题。通过对理论的分析以及使用Matlab/Simulink软件进行仿真验证,仿真结果表明改进后的高压脉冲电源能实现IGBT开关频率为20 kHz而负载频率为40 kHz。最后,为进一步验证所提脉冲电源拓扑结构的可行性,搭建低压实验样机,并使用现场可编程逻辑门阵列FPGA（field programmable gate array）产生相对独立的控制信号。     

基于感应叠加原理的模块化脉冲电源的研制

针对等离子体及其应用对于高可靠性、小型化高压重频脉冲电源的需求,研制了一种基于感应叠加原理的模块化脉冲电源。该脉冲电源采用绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar translator,IGBT)作为主开关,基于脉冲变压器升压和感应叠加原理实现多个单元模块的脉冲电压叠加,从而获得高压短脉冲。首先基于PSpice软件验证该拓扑结构的可行性并为元件选型提供理论指导,最终研制出基于感应叠加原理的脉冲电源的样机,其输出脉冲参数为:幅值为0～15 kV可调,重复频率为1～10 kHz可调,脉宽为5～7μs。脉冲电源采用模块化设计,在保证各模块之间绝缘的前提下,可以通过增加模块数量方便地提高最大输出电压。依托该脉冲电源开展介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体试验,验证了该脉冲电源产生等离子体的可靠性。     

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.     

应用于等离子体喷涂的高压脉冲电源研制

研制了一种应用于等离子喷涂的脉冲电源,通过采用高压脉冲与高压直流叠加的方式获得高幅值、陡前沿、窄脉宽、大功率、具有高压直流基础的高压脉冲,分析了等离子体的动力学模型及喷涂原理。通过现场测试,在直流高压基础上叠加高压脉冲的技术方案可有效降低能耗,提高效率,改善等离子体喷涂的效果。     

低温等离子体手术刀射频高压脉冲电源的研制

为提升等离子体手术刀切割效果,同时满足电外科设备安全性要求,研制了一种低温等离子体手术刀射频高压脉冲电源.电源以数字信号处理器(DSP)为主控制器,采用数字化脉冲宽度调制(DPWM)控制策略,主电路采用整流/稳压/逆变的拓扑结构.电源最大输出电压2 kV,最大输出功率70 W.使用该电源驱动的等离子体手术刀对鸡肉进行切...     

电源形式对大气压等离子体射流和染污硅橡胶憎水性增强效果的影响

近年来大气压等离子体射流(APPJs)被广泛应用于材料与生物领域。为了研究电源形式对等离子体射流特性及其处理效果的影响,通过自制的高频高压脉冲电源产生等离子体射流,在相同条件下与交流电源所产生的等离子体射流进行对比,研究了2者在电流、形状、温度、发射光谱等方面的差异;利用等离子体射流处理染污高温硫化(HTV)硅橡胶表面,研究了它对染污硅橡胶表面憎水性恢复速率的影响。研究表明:在相同电压幅值与电源频率的情况下,相比于交流电源,脉冲电源产生的等离子体射流拥有约1.4倍的长度、近50倍的电流峰值和约2倍的发射光谱相对光强,同时产生的热量更少;处理效果上,脉冲电源产生的等离子体射流能在更短的时间内使染污硅橡胶表面恢复憎水性。由此可见,在相同条件下,脉冲电源产生的等离子体射流相比交流电源产生的等离子体射流拥有更好的特性和处理效果。     

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。     

一种去除宽范围直径粉尘的高压直流脉冲电源

针对目前高压除尘电源对细微颗粒粉尘除尘效果不佳,难以实现去除宽范围直径粉尘的问题,提出一种可去除宽范围直径粉尘的高压直流脉冲电源.该电源采用倍压整流方式实现高压直流基压,采用脉冲整流方式实现叠加高压脉冲,可实现高压直流基压叠加高压脉冲的波形控制.该电源提高输出电压峰值的同时减小了平均电压,不仅可提高细微颗粒粉尘的除尘效果,还降低了电源的能耗.同时,搭建了高压直流脉冲电源电路仿真模型,验证了波形控制策略的正确性.最后,搭建了可去除宽范围直径粉尘的高压直流脉冲电源系统样机,并通过实验验证了除尘效果.     

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.     

高压变频交流脉冲原油脱水电源及其静电聚结特性

由于高压高频电力电子技术等方面因素的限制,采用传统变压器升压方式的大功率原油脱水电源仅能产生近似于方波交流的交流脉冲。为此,基于二次逆变式结构主回路、宽频升压变压器和全数字PWM控制电路,研制成功新型高压变频交流脉冲原油脱水电源。该电源交流脉冲输出电压可调节范围为100V～20kV,频率的可调节范围为200Hz～20k...     

25kV高精度直流负高压源设计

介绍了一种用于工业分析的高精度直流负高压电源,电源输出电压25 kV,最大输出电流100 mA。电源通过BOOST电路校正功率因数和调节电压,用移相全桥把直流电逆变成高频方波,然后经高频变压器升压后倍压整流得到直流高压。用特殊材料和工艺设计制作的高频高压变压器解决了分布参数影响和绝缘耐压等难题,满足了高频高压和大功率输出的需要。实验运行表明:该装置输入功率因数高、输出电压稳定、纹波系数小。     

介质阻挡放电负载调功原理分析

利用电路谐振产生高频高幅值的正弦波电压的介质阻挡放电电源,通过调整电源的逆变电路的直流输入电压,同时逆变电路开关频率跟踪电路谐振频率,可以实现介质阻挡放电负载功率的近似线性调整。研究表明,随着逆变器直流输入电压的增加,负载放电电流逐渐增大,负载功率逐渐接近于给定直流电压下的电源输出的最大功率,负载功率因数逐渐增大,逆变器输出因数逐渐接近于1,电源效率逐渐增加。     

基于DSP 56F801的正弦波输出DC／AC电源

介绍了一个用于UPS和可再生能源的小功率DC/AC电源的设计。该电源由高频DC/DC环节和SPWM DC/AC环节组成。由UC3846控制的DC/DC环节采用具有变压器的推挽电路.实现低压直流到高压直流的变换并克服变压器的偏磁。基于MOTOROLA的DSP芯片56F801实现DC/AC环节的SPWM信号发生、输出交流电压调节和整个电源的监测和保护。该电源具有体积小,逆变效率高,波形质量好的优点。     

Partial vacuum breakdown characteristics of helium at 20 kHz for inhomogeneous field gap

In general, power devices and systems operating in vacuum or space environment are more susceptible to partial discharges, corona, or volume discharges due to the partial vacuum conditions. Additionally, high frequency operation of a power system is a contributing factor in lowering the breakdown voltage of insulation. In this paper we present our studies on the breakdown characteristics of helium operating in DC and 20 kHz AC field in partial vacuum, for a point-to-point and point-to-plane electrode configurations. Breakdown voltage as a function of pressure in the range of 27 to 400 Pa (0.2 to 3 torr) for both the DC and 20 kHz AC cases is presented. Voltage and current waveforms along with the optical emission waveform of the breakdown events are also presented. A variable DC power supply for DC and an in-house built variable DC-offset-AC power supply for the high frequency breakdown experiments are used. A high voltage probe and a Pearson current sensor are used for the voltage and current detection, and a photo-multiplier-tube with a digital pico-ammeter and a video camera are used for the optical signal detection of this set-up. The breakdown voltage as a function of pressure for both the AC and DC experiments, along with voltage breakdown waveforms for both electrodes are presented.     

高频高压交流电源的研制

传统的工频升压高压电源体积和重量均很大且性能差、效率低,此外还对电网注入大量谐波,不适合科研及现代工业应用中的实际需要。为解决以上问题,研究了高频高压交流电源的系统结构及工作原理,采用先进的低压交流电弧技术、高频开关电源技术、单片机控制和阶段式电流保护技术,应用并改进新型电源电路拓扑结构,研制了一种应用于水中产生等离子体的高频高压交流电源。设计高频高压变压器是该电源的难点,对此进行了重点介绍并根据实测数据进行了电源的仿真分析,最后给出了样机的实测电压波形。实验结果表明,设计中应用的新型变换技术较好地解决了预研问题,从而证明了设计的可行性,为进一步完善电源系统提供了充分的依据。该高压电源频率10~30 kHz连续可调,具有体积小、重量轻、系统运行安全及控制方便等优点。     

单级组合式不间断高功率因数AC/DC变换器研究

提出了一类基于Boost-Flyback变换器的单级组合式不间断高功率因数AC/DC变换器电路结构与拓扑族。这类变换器由二极管整流桥和具有功率因数校正、不间断供电、输出电压快速调节等功能的Boost-Flyback变换器构成，可以将1种交流电压变换成所需要的输出直流电压。分析研究了这类变换器的3种工作模式(正常工作模式、后备工作模式、充电工作模式)、稳态原理特性、控制策略和关键电路参数设计准则，并给出了原理试验结果。这类变换器具有单级功率变换、不间断供电、网侧功率因数高、蓄电池与电网或负载高频电气隔离、输出电压调节速度快、体积重量小、成本低等优点。     

基于SOC的可调高压脉冲电源实现与控制

随着现代电力电子技术的不断进步,各种高精度的电子设备不断涌现,而这些设备的正常运行,都离不开电源系统的有效支持。本设计是基于紫外光电管测试系统而设计的一种高压脉冲电源,主要用于给紫外光电管系统供电,也可以用于给其他设备供电。利用SOC技术控制高频PWM调制来产生脉宽和频率可调的脉冲信号,用于对高压直流电源进行控制。经实践证明,在用户规定的频率范围内,其输出的脉冲电压幅度连续可调,电压调节方便、精度高,是一种稳定可靠的可调高压脉冲电源。     

交直流复合电压下电晕放电实验研究(英文)

Converter transformers are one of the most important electrical apparatuses in the ultra high voltage(UHV) DC transmission systems.The valve side and the low voltage(LV) bushing are stressed by long-term AC and DC composite voltage leading to significant partial discharge(PD) and posing great danger to the insulation system.In this paper AC and DC composite voltage is applied on a metal needle-plate model to produce PD signal sequences,and then the pulse waveshape and frequency spectrum are analyzed and compared with PD signals under conventional AC or DC voltage.In the end,the phase-resolved distribution is analyzed to depict the new characteristics of PD under this composite voltage.