舰载电磁轨道炮用高功率脉冲电源研究进展

结合舰载电磁轨道炮的发展需求,分别阐述了发电机系统、电感储能系统、电容器系统和超级电容储能系统等四种高功率脉冲电源的基本原理和研究现状,并分析了它们的优缺点和应用前景。     

双极性微弧电沉积电源系统研制

为满足微弧氧化和阴极微弧电沉积两种涂层制备工艺的共同需求,设计了一种双极性直流脉冲电源系统,该电源系统由主回路和控制系统组成,主回路采用两级结构,前级为三相全桥整流部分,包括三相全桥晶闸管整流电路及其触发电路,输出连续可调的直流电压;后级为逆变电路,包括全桥逆变电路,驱动电路以及脉冲波形发生器的设计,保证输出频率、占空比可调的双极性脉冲波形;控制系统采用双闭环结构,内环为电压环,外环为电流环,采用PI控制算法,实现恒流、恒压控制.     

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。     

电磁轨道发射用脉冲电源系统的发展与现状

脉冲电源系统是电磁发射系统的重要组成部分,其性能影响着电磁发射技术的工程化应用进程。本文针对不同储能形式下(电容储能、电感储能和惯性储能)脉冲电源系统的研究现状进行了总结和展望。电容储能型脉冲电源运行可靠、调控灵活,在不同口径和射频需求下普遍适用;电容的低储能密度制约了在可移动平台上的发展,但由于技术成熟度最高,未来短期内是电磁发射工程应用的首选电源方案。电感储能型脉冲电源已初步完成千焦级模块的研制和兆焦级系统的搭建,但存在开关器件关断应力高和系统传输效率较低的问题,与工程应用存在一定差距。惯性储能型脉冲电源的储能密度最高,研究多集中于空心脉冲发电机,在理论分析、多物理场仿真等方面取得一定进展,高速实体电机的研制处于发展初期。     

一种LCC逆变充电混合储能脉冲功率电源

为了获取万伏以上的高压窄脉冲输出,设计了一种采用高压脉冲变压器混合储能脉冲功率电源,同时为了提高电源的重复频率,设计了LCC逆变充电器。省去中间的高频变压器,电源采用逆变输出直接整流对初级储能电容充电的拓扑结构,文中首先通过充电电容等效为电压源的方法分析逆变器的工作原理,并给出参数选取原则和计算方法。接着分析了电容充电及向脉冲变压器电感放电的过程,说明了在放电电流最大时断路可在负载侧获取高压窄脉冲。电源实验表明,按所选取的参数,电源可实现前沿1.0μs幅值30 kV脉宽1.5μs(90%幅值)的高压脉冲输出,重复工作频率可达2.5 kHz以上,也可实现前沿8 ns幅值4 800 A的脉冲电流输出,充电器实现了对初级电容的快速充电。该电源结构较简单、成本较低,容易做成紧凑一体化的结构,可作为废气处理电源或其他需要数万伏高压窄脉冲工作的场合。     

一种用于织物表面处理的高压脉冲电源研究

介绍了一种用于织物表面处理的全桥逆变式低温等离子体电源的工作原理及控制电路。根据纺织物表面处理工艺要求产生稳定、均匀、柔和的低温等离子体。高压电源以IGBT为开关元件进行直流斩波和全桥逆变,实现高压电源高效小型化。控制系统以计算机为控制单元组成外围电路实现电源的自动调节、断电保护。经过试验,电源的各项性能指标均达到预期的设计目标,技术性能满足织物表面处理工艺的需求。     

激光触发变磁超导断路开关和功率脉冲电源

为了实现超导环境下电感储能的快速释放,设计了一种基于Meissner效应的激光触发变磁超导断路开关,基于该断路开关的电感式功率脉冲电源采用外置工频供电常温充电器,采用LCC逆变电路,省去中间的高频变压器,逆变输出直接整流对中间储能电容充电、再由电容向超导电感放电储能的拓扑结构。首先进行变磁超导断路开关的结构设计,说明其基于Meissner效应的工作原理及进行影响断路性能的因素分析。之后利用有限元分析的方法,对超导薄膜失超前后开关内磁场分布进行仿真分析,并动态地模拟了耦合电感次级所获得的脉冲电流输出。在给出整个电感式功率脉冲电源系统的电路结构并简单分析了LCC逆变充电器的工作原理和参数选择方法后,对用固态开关模拟超导开关断开脉冲变压器初级最大电流而得到次级高压脉冲输出的工作进行了仿真和实验分析。结果表明,按所选取的参数,电源可实现前沿1.0μs、幅值30kV、脉宽(90%幅值)1.5μs的高压脉冲输出,重复工作频率可>2.5kHz;也可实现前沿8ns、幅值4.8kA的电流脉冲电流输出,充电器不仅实现了对中间储能电容的快速充电,而且稳态工作时的损耗不超过输入供电的5%。     

基于DSP的软开关逆变CO2焊接电源设计

基于DSP设计了软开关逆变CO2焊接电源,设计中以TMS320F240数字信号处理器作为电源的控制核心,主电路采用基于IGBT的全桥零电压零电流软开关逆变电路.以软件方式实现的小波变换系统用来检测焊接过程中的短路与缩颈信号并进行波形控制.试验结果表明主电路工作有效、稳定、可靠,能实现软开关工作方式;基于DSP的小波变换检测系统能准确地测出短路、缩颈信号.控制系统可靠性高,能满足波控功能的需要.     

一种新型的恒流高压充电电源

在强激光脉冲电容器储能系统和加速器电容储能系统中,都存在对大容量储能电容充电的问题。在这些系统中充电电源的设计应满足容量、效率和充电速率等方面的要求。     

并联谐振感应加热电源扩容设计与应用*

为提高大功率并联谐振型感应加热电源的稳定性和功率密度,在电源设计中采用了IGBT和逆变桥双重并联的扩容方法,其中双重并联设计的重点是IGBT和逆变桥的均流.在基于IGBT并联模块驱动脉冲一致的情况下,分别建立了IGBT和逆变桥并联电路等效模型,分析了电路杂散参数对均流的影响.利用Simulink仿真验证了杂散参数对IGBT和逆变桥均流的影响.在电源样机中通过对并联IGBT模块驱动脉冲的一致性设计和合理的结构设计,取得了较好的均流效果.     

PWM方式串联谐振CCPS研究

PWM方式串联谐振是串联谐振电容器充电电源(CCPS)电路的3种工作模式之一。这种软开关技术是近年来研究的一大热点。为了研究PWM方式串联谐振CCPS电路的工作过程,给出了其电路原理图及各阶段的等效电路,建立了该电路的数学模型。结合数学表达式,通过数学仿真的方法,给出了输出电压变化情况下谐振电路的工作状态,并给出了该电路主要波形。实验结果验证了所采用控制方案的正确性和充电系统的有效性。     

20 kJ/s高频高压充电电源

为实现脉冲电容器组充电系统的大功率、小型化、适合野外工作并具有较高安全性能,研制了一台采用全桥逆变器结构和串联谐振电路且输出电压为10 kV、输出平均充电功率为20 kJ/s的高频高压充电电源,介绍了其电源结构、工作方式和电源的系统参数以及实验波形,其中重点介绍了电源的软件和硬件保护功能。针对高压电源要求的高压隔离问题,还介绍了高压继电器和光电隔离系统两项安全措施。实验证明该电源在大功率、小型化、工作安全可靠等方面达到了设计指标。     

蓄电池供电的高压脉冲电源的研制

为满足野外实验需要,本文研制了蓄电池供电的高压脉冲电源系统.通过对逐级台阶升压构充电方式的理论分析,得到了储能电容器两端电压和充电电流的变化规律及充电效率与充电参数的关系.在理论分析的基础上,设计了基于计算机和单片机的自动化控制系统.为确保系统工作可靠,采取了高低压回路隔离、光电隔离、浮地及金属壳屏蔽等措施,提高系统的抗干扰能力.实验结果表明,实现了对电容器近似恒流的高效充电,控制系统工作稳定.目前该充电系统已应用于强流电子束加速器和爆磁压缩发生器研究中,作为初始能源,为相应的设备提供高压脉冲大电流,取得了良好的应用效果.     

高压大容量储能功率转换系统的拓扑结构比较

高压大容量储能功率转换系统的主电路是储能电池进行充放电控制的基础,选择合理的功率转换系统主电路拓扑结构直接关系到高压大容量储能系统实际应用的可行性。分析变压器升压型变流器并联结构、H桥链式多电平变流器、全(半)桥模块化多电平变流器的单级式与双级式主电路拓扑结构,对比上述拓扑结构的材料成本、工作可靠性、材料功率损耗和输出电能质量。基于数学模型与仿真分析综合比较单位容量投资成本、工作可靠性、系统损耗和输出电能质量,结果显示H桥链式多电平变流器和半桥模块化多电平变流器更适合构建10 kV兆瓦级高压大容量储能功率转换系统。     

基于超级电容的智能电能表长寿命后备电源设计

智能电能表的进一步发展要求在外部供电电源中断后具有一定时间的远程通信能力,以便电能表数据的备份与停电等重要事件上报。作为常规后备电源的电池与电解电容都存在弊端,前者使用寿命较低,后者容量太小。文章首先用超级电容寿命估计理论论述了满足新一代电能表16年设计寿命的可行性,给出了满足寿命要求的超级电容备用电源充电电路设计,并解决了储能电容的待机能力,最后针对微功耗电路难以用常规仪器测量的现实,使用Spice模拟电路仿真工具分析了电路功能,并进行了实际电路试验,验证了电路方案的可行性。文章对市电供电的智能互联仪表设备的备用电源设计具有一定的借鉴意义。     

蓄电池组与高频逆变器阻抗匹配特性研究

分析了采用串联谐振电路的高频高压充电电源的工作原理;对锂离子蓄电池组与采用高频全桥逆变器结构的高频高压充电电源之间出现的匹配问题进行了分析,并给出了解决方案;分析了高频逆变器直流段引线电感和逆变开关寄生电感对高频逆变器开关过程的影响,给出了解决方案,并在40kW/10kV/20kHz的充电电源上进行了实验.     

电动汽车复合电源系统仿真研究

当前,电动汽车用蓄电池的比能量和比功率还不能达到理想的要求,将超级电容引入到电动汽车的储能系统中,构建超级电容—蓄电池复合电源系统,利用超级电容高功率密度特性弥补蓄电池的不足。综合考虑运用两种储能系统的优缺点,解决了电动汽车续驶里程与加速爬坡性能之间的矛盾。在MATLAB/Simulink环境下对复合电源系统中重要模块进行仿真,测试结果显示,采用超级电容—蓄电池的复合电源系统能发挥其高能量密度和高功率密度特性,从而提高车辆的动力性能和能量利用率。     

基于单片机的智能充电电源设计

通过分析蓄电池常规充电方法的不足,采用多段式充电的充电策略,以ADUC814单片机和SG3525作为主控芯片,设计了以全桥变换为主电路结构的充电电源硬件电路和软件系统。样机试验波形表明,该智能充电电源设计方案合理,输出的电压纹波小,稳定性高,具有较好的实用价值。     

基于移相控制的大功率并联软开关电源的研究

采用AVR单片机实现了大功率并联软开关电源的数字化控制,并设计了主电路系统,研究了移相全桥变换器的工作原理。电源采用模块并联技术和主从控制方式,构成了N+1冗余结构,并研制了一台180kW的样机。实验结果表明,该电源系统控制效果良好,具有很强的灵活性和可靠性。     

串联超级电容器组的均压控制分析与研究

超级电容器作为一种高功率型储能装置,在生活中得到越来越广泛的应用,但是由于电容器单体电压较低,实际储能系统使用中必须通过串并联的方法构成超级电容器组.针对在应用过程中超级电容器串联存在的电压不均衡问题,文章提出了一种改进后的电容器均压控制电路.该电路由电容器、开关管以及变压器构成,通过反馈控制,简化参数计算,提高电压的一致性.最后在MATLAB/Simulink平台仿真验证了该控制电路下电压均衡速度快、误差小、且易于扩展,在电容器储能系统的使用中具有较高的应用价值.