基于换流–短路双回路解耦的SiC MOSFET功率器件抗短路封装构型设计EI北大核心CSCD

由于栅极氧化层可靠性差、短路电流密度大以及短路结温上升速率高,SiC MOSFET功率器件的短路耐受能力较弱,制约着其在电能变换领域的广泛应用。在此背景下,为了提升SiC MOSFET功率器件的短路耐受能力,文中基于换流–短路双回路解耦的思想,设计出具有抗短路能力的SiC MOSFET功率器件封装构型。该构型将半桥中的两个换流回路在功率器件内部解耦,两换流回路的中点各自连接一个交流功率端子(AC+、AC-)。与现有半桥封装构型相比,抗短路构型功率器件的换流电流路径和换流电感Lσ不变,而当发生桥臂直通短路故障时,短路电流因需要额外流经AC+和AC-交流功率端子而延长了短路路径,同时DC功率端子与AC功率端子之间的互感进一步增大了短路回路电感Lsc。基于34mm封装构型设计制造具有抗短路极限工况能力的650V/162A SiC MOSFET功率器件,其短路故障回路电感达到了115nH,是正常换流回路电感的3.6倍;并且,通过短路实验验证所设计的构型相比于现有设计,短路电流峰值降低了20.07%,发热功率降低了21.41%,短路过程中的总发热量降低了30.04%,验证了所设计封装构型具有一定的抗短路性能。     

基于甚宽带脉冲电流法的局部放电检测系统

局部放电的检测与分析是评价电力设备绝缘状况,发现早期故障的一种有效方法.与传统的脉冲电流法相比,甚宽带测量方法可以获取更多的局部放电信息,有助于提高测量的灵敏度和抗干扰能力.本文介绍了基于甚宽带脉冲电流法的局部放电检测系统,研究了传感器特性、脉冲分离技术和定量方法.并在实验室和现场对该系统的性能进行了测试,结果表明该系统具有灵敏度高和抗干扰能力强等优点,可以有效地应用于局部放电的现场检测和在线监测.     

用于电感负载的全固态双极性LTD型脉冲电流发生器

在基于脉冲功率技术的肿瘤治疗方法中，利用双极性脉冲磁场处理的治疗方法具有明显的优势。针对此应用，该文结合模块化全桥型多电平换流器（FB-MMC）拓扑及直线变压器驱动（LTD）拓扑的优势，提出了一种用于电感负载的全固态双极性LTD型脉冲电流发生器。首先，对该文提出的拓扑结构及原理进行介绍，详细分析了发生器在电感负载下的工作过程；然后，对发生器的硬件电路进行了设计与选型；最后，研制了一台4级全固态双极性LTD型脉冲电流发生器样机并对其进行性能测试。测试结果表明，该发生器可在电感负载下输出±800A的脉冲电流，电流的上升时间为600 ns；发生器的最高工作频率为10 kHz，并具备灵活的波形调制功能，能输出三角波、梯形波及阶梯波等多种波形。     

大电流切割磁铁电源的设计

介绍了环形加速器切割磁铁电源系统的组成，并分析了脉冲电源的工作原理，通过使用二极管－电感能量回授电路，降低了电源的功率。最后给出了电源的测试结果，并提出了一种能进一步提高脉冲电流稳定度的反馈系统的构想。     

连续脉冲电源用超导脉冲变压器设计与试验研究

将超导电感储能用于脉冲电源,可以减少充电过程中的电阻损耗,降低对初级充电电源的功率要求。本文介绍了一种基于超导脉冲变压器的连续脉冲电源电路,对该电路的工作过程进行了详细的原理分析,指出该连续脉冲电源电路兼具漏感能量回收和负载剩余能量回收的优点,并研制了用于该连续脉冲电源电路原理验证的小型高温超导脉冲变压器。通过连续电流脉冲测试实验对该连续脉冲电源电路原理和小型高温超导脉冲变压器的可行型进行了验证,分析比较了该小型高温超导脉冲变压器在常导和超导状态下的连续脉冲输出特性。测试结果达到了预期目标,并证明了超导电感在提高能量传输效率和降低对初级充电电源功率要求方面的优势。     

一种高压大电流功率单元的短路测试与分析

简单介绍了高压大电流功率单元的电路拓扑、技术参数、布局结构及常见的Ⅰ、Ⅱ类短路测试方法,通过对该功率单元的不同短路方式回路杂散电感进行仿真,并结合功率单元的自身结构特点,制定了该功率单元合适的Ⅰ、Ⅱ类短路测试方案,最后进行了试验,试验结果证明了设计的短路测试方案的有效性和可靠性,进而验证了产品的可靠性。     

紧凑型脉冲电流源的研究

小型化是脉冲功率技术的关键问题之一,对脉冲电源小型化的研究,国外已开展大量工作,国内则处于起始阶段。为此基于高储能密度电容器、器件小型化和集成紧凑化方面的研究成果,研究了一套储能为500kJ的紧凑型脉冲电流源系统。该系统由10个50kJ可控制顺序触发放电的单模块组成,每个模块包括13kV/50kJ高储能密度金属化膜电容器、小型触发真空开关(TVS)、20μH的调波电感、高压续流二极管和30mΩ的吸能电阻,并通过电缆向近似短路负载输出脉冲电流,单模块输出电流最大值可达70kA。针对TVS导通瞬间可能在高压续流二极管上产生过电压导致二极管损坏的问题,设计了二极管的保护回路,提高了整个脉冲电流源系统的可靠性和安全性。最后通过精确控制10个单模块顺序放电,可输出电流峰值达数百kA的平顶波。     

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%。     

高频连续脉冲作用下电机绝缘局部放电信号的提取

局部放电是引起PWM变频电机绝缘在高频连续脉冲条件下发生老化的重要因素之一,严重时将导致电机绝缘的击穿.由于高频连续脉冲的上升时间为ns级且幅值为kV级,既加剧了电机绝缘的老化程度,也对局部放电检测系统提出了高要求.为了有效提取局部放电信号,本文提出一种新型的脉冲电流传感器(ICS).基于该传感器建立了一套局部放电测试系统,以牵引电机电磁线绞线对为试样进行局部放电测试.测量结果表明该测试系统能有效提取平顶区域的局部放电信号,对研究脉冲电压作用下的局部放电对绝缘老化的影响具有重要价值.     

自适应控流型故障选线方案

针对国内配电网单相接地故障选线问题,提出了一种全新而有效的选线方法:当配电网发生单相接地故障时,通过对母线PT二次侧开口三角有控制地实行短路,以产生强度足够大同时又不至于大到影响系统正常运行的瞬时短路脉冲进入系统,置于各出线端的短路脉冲检测器通过对该短路脉冲电流的检测与区分以实现故障线路的判定。理论、仿真分析以及模拟实验都验证了该方法的有效性。     

馈能型恒压钳位双极性脉冲电流源

在地球物理探测、PCB深孔电镀领域,需要下降沿高度线性、高度稳定、短关断延时、良好的正负向一致性的双极性脉冲电流源,但在大电感负载、小回路电阻以及低电压供电电源场合,要得到理想的脉冲电流非常困难.基于此,提出一种馈能型恒压钳位脉冲电流源电路,该电路通过对电流下降期间的负载实行恒定的高压钳位,达到加速负载电流下降的目的.分析了电路的工作原理,讨论了电路参数优化计算,从负载电流下降沿波形的线性度和稳压电容电压波动范围出发,给出了恒压电路中电感值和提升电容值的最优值选取方法,并通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性.与已报道电路相比,该电路关断延时短,下降沿线性度高,能量消耗少,且具有脉冲上升沿提升能力,适用于要求较高的脉冲电流源场合.     

开关磁阻电机变双电流阈值的无位置传感器技术

为了实现开关磁阻电机初始位置判断和低速运行位置估计方法统一,提出一种基于双电流阈值电感分区与脉冲注入相结合的开关磁阻电机位置估计方法。利用相电感、脉冲电流以及转子位置之间的关系,通过双电流阈值将电感分成不同区域,用脉冲电流幅值与双电流阈值比较加以识别,得到双电流阈值检索脉冲,利用检索脉冲信号可以估计出转速和转子位置。该方法避免了因电感最大和最小区域电感变化微小而影响到位置估计精度的问题。考虑到电流阈值受母线电压的影响,提出变双电流阈值的方法,实测不同母线电压下电流阈值,由查表获取电流阈值,提高了电流阈值的鲁棒性。以三相12/8结构样机进行了相关实验,实验结果验证了该位置估计方法的可行性。     

SPERF环向场线圈脉冲电流源设计

空间等离子体环境模拟与研究装置SPERF(Space Plasma Environment Research Facility)中,环向场TF(toroidal field)线圈用于磁重联实验,物理上要求该线圈的脉冲电流在80μs的时刻大于200 kA,这对脉冲电流源的整体设计、放电开关和放电测试等提出了较高的技术要求。研究TF线圈脉冲电流源的设计、关键技术和测试,以实现这种100μs量级的脉冲大电流。首先,介绍了脉冲电源的结构,计算了脉冲电源的参数,设计了脉冲电源的模块化结构;其次,研究了放电开关组件的设计和测试;最后,介绍了脉冲电流源的测试,测试结果表明脉冲电流源能可靠地工作。所研究的脉冲电源对SPERF磁重联实验的开展具有重要意义,同时对脉冲强磁场、脉冲功率和电磁兼容等领域也具有参考价值。     

1200V/36 A SiC MOSFET短路特性的实验研究

短路能力是衡量功率半导体器件(IGBT、SiC MOSFET等)性能的重要指标,然而SiC MOSFET的短路性能还没有得到充分的研究。为掌握SiC MOSFET在短路工况下的特性,设计一套SiC MOSFET非破坏性短路测试实验平台,从短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG、漏源极电压UDS、杂散电感LS、壳温度TCASE等方面对1 200 V/36 A SiC MOSFET的短路特性进行全参数实验,综合评估和分析SiC MOSFET器件在不同参数下发生短路的开关瞬态特性。     

神光Ⅲ强激光能源模块测量线圈研究

神光Ⅲ能源模块作为一种大功率强激光功率源，采用合适传感头准确可靠测量其脉冲电流，有利于提高能量传输的可靠性和准确性。该文分析了置于该能源模块中高压侧测量不同脉冲宽度电流的Rogowski测量线圈的数学模型、时域和领域特性，以及最佳阻尼参数配合和优选方法，并对基于MATLAB环境下SIMULINK工具所做的仿真结果和现场实验测试采集到的脉冲电流波形进行了比较。为有效抑制积分漂移，该文提出了复合积分器电路模型。该文章介绍的基于肋Rogowski线圈的测量仪器具有尺寸小、结构简单、低功耗、高准确度、安全操作等特点。     

风电变流器系统线路阻抗模拟策略研究

随着分布式新能源发电技术渗透率的不断增加,实际电网具有不可忽略的线路阻抗并呈现出弱电网特性。同时,由于谐波线路阻抗的不同导致功率分配不均在并网系统中也是亟待解决的问题。为满足分布式发电系统在可变线路阻抗下的测试需求,提出一种风电变流器系统线路阻抗模拟策略。首先建立了风电变流器系统等效阻抗模型,分析并推导出线路阻抗模拟控制方程,以此为基础,在线路阻抗模拟控制中引入短路比(SCR)的概念,使得系统具备模拟特定SCR下线路阻抗的能力,并从风电变流器系统输出阻抗角度对线路阻抗模拟策略进行分析论证。最后,通过搭建2 MW全功率风电变流器系统实验平台,验证了风电变流器系统线路阻抗模拟策略的有效性。     

基于虚拟仪器的脉冲强磁体电阻电感实时自动测量

为满足脉冲强磁场放电前后脉冲磁体电阻、电感实时监测的需要,本文提出了一种上层控制软件采用LabVIEW虚拟仪器平台、底层采用GPIB通信卡连接LRC测试设备的系统设计方案,实现了对脉冲磁体电阻电感值的远程实时测量,并可预测磁体温度变化趋势.文章重点阐述了该测量系统的硬件构成、软件实现以及温度变化趋势预测算法,结合具体实验给出了测量结果,应用效果较好.采用本文提出的设计思想,可以很方便构造基于不同LRC测试设备的测量系统,适用性较强.     

基于脉冲电流法电缆故障测距仿真实验分析

电缆故障的测距工作中脉冲电流测距法具有测试安全、击穿成功率高的优势。在具体应用中,由于电流波的形成复杂,造成了故障点反射脉冲识别的困难,现在仍然需要专业技术人员依靠自身技术能力与工作经验完成故障检测工作。基于电缆故障测距工作建立脉冲电流测距系统的仿真模型,意在解决脉冲电流波形复杂的现实问题,以此来减少工程技术人员工作开展的技术难度,优化电缆维护与故障维修工作的质量水平。     

一种基于脉冲的微电机转子绕组故障检测方法

针对直径小于10mm的微电机转子生产线检测需求,提出了一种改进的基于脉冲测试的转子绕组检测方法。首先对转子绕组结构进行分析,在此基础上研究了脉冲测试法的工作原理并进行了改进,然后在Matlab平台上对该方法原理进行了仿真验证,并研制基于TMS320F28335核心处理器的转子检测系统,最后在该系统上对转子进行了绕组故障检测实验。实验结果表明,基于该方法的系统能够快速、准确检测出转子绕组之间是否存在匝间短路并确定其短路程度,匝短程度分辨率可达4%,该系统可以满足实际生产线中的检测要求。     

基于meat grinder with SECT电路的50kJ电感储能型脉冲电源的研究

电感储能型脉冲电源是目前电磁发射技术的研究热点,提升装置储能密度对于推动电感储能型脉冲电源的应用和研究具有重要意义。本文介绍了一种适用于电感储能型脉冲电源的名为meat grinder with SECT的新电路,并对该电路进行了详细的原理分析,指出该电路兼具电流关断能力强和拓扑结构简单的优点。通过仿真将meat grinder with SECT和STRETCH meat grinder、STRETCH meat grinder with ICCOS这两种主流电路进行了性能比较,发现meat grinder with SECT电路在保持电气性能不变的同时,成本最低,体积最小。基于meat grinder with SECT电路,本文研制了50k J电感储能型脉冲电源并进行了试验测试,测试结果达到了预期目标。