基于现场可编程门阵列的高压脉冲电场设备控制器研制

为更加快速稳定有效地控制高压脉冲电场设备,提高设备的稳定性、可调性和易用性,研制了1套基于现场可编程门阵列(FPGA)的高压脉冲电场(PEF)设备控制器。控制器包括用于人机交互操作的工控计算机触摸屏终端、执行控制任务的FPGA控制器及其附属外围电路3部分。FPGA控制器采用Cyclone系列的高速处理芯片,附属电路包括触发信号电平转换、光电隔离部分以及电压电流反馈部分。控制器能够连续调节脉冲波形的频率、占空比,以及实现对于高压IGBT的触发和过流监控,控制脉冲电场的电压电流等功能。通过实验室测试证实,系统较好地实现了设计目标,研制出频率(10~104 Hz)、占空比(2~10μs)、电压(0~35 k V)均可连续实时调节的高压脉冲电场发生器,同时其具有很强的扩展能力,能够配合新型脉冲发生器使用。     

负荷对冲击电压发生器输出能力的影响研究

冲击电压试验中,GIS和高压电缆试品的负载电容可达3 000 pF至10 000 pF。为满足这种大负荷试品的冲击试验输出波形要求,对设计中未考虑大电容试品的常规发生器,需要通过改造提高其输出能力。以15级的3 000 kV冲击电压发生器为例,应用ATP暂态电磁仿真软件建立发生器模型,对在发生器输出端串入高压阻容元件这种改进电路方法进行仿真。定量分析了发生器负载、总电感和等效波头电阻对输出波形的影响,以及输出效率随负载的变化。大负载情况下应用这种改进措施后,发生器的负载能力可从4 000 pF提高到11 000 pF,波形过冲可控制在10%以内。对于高压引线的长度限制也给出了建议。     

采用推算法实现晶闸管装置的快速定相

在三相相控变流装置中,不管是模拟触发电路还是数字触发电路,正确选择触发电路同步电压的相位都十分重要,否则就会出现一种故障现象：分别单独检查主电路和触发电路都能正常工作,但把触发电路与主电路连接起来运用时,整流设备就无法正常工作,表现为直流输出电压波形不规则、不稳定甚至出现缺相运行,移相调节不能工作。     

基于电快速脉冲群发生器主电路的建模和设计

为了提高电快速瞬变脉冲群发生器输出波形的质量,分析了脉冲群发生器主电路的工作原理,建立了发生器波形形成电路的等效模型,研究了等效电路储能电容充放电过程,利用电网络分析法推导了高压脉冲波形的数学解析式。基于脉冲波形的时间特性,确定主电路结构参数;采用单一变量法和Pspice仿真研究脉冲峰值的幅值特性,选取合适的陡化电容。考虑寄生参数对输出波形的影响,采用方波控制开关的方法建立脉冲群主电路的模型,实现脉冲群波形的输出仿真。在此基础上,设计了电快速瞬变脉冲群发生器的主回路,并搭建了脉冲波形测试平台。测试结果表明,单个高压脉冲上升沿、半宽和脉冲幅值均符合IEC61000-4-4标准中的要求,验证了主电路参数的合理性。     

一种电压正弦波波动发生器及控制策略

在此提出一种新型电压波动发生器的主电路拓扑,采用无源和有源相结合的方式实现。电压波动发生器的主要功率由电源直接提供,有源部分仅提供波动功率,大大降低了装置的有源损耗,易于实现大容量输出。有源部分前级采用全桥二极管整流提供稳定直流母线电压;后级逆变器采用电压电流双闭环瞬时值控制,保证电压波形跟踪性能以及良好的动态性能。逆变器输出包含两个频率分量的电压波形,通过变压器将逆变器输出电压波形叠加到正弦电压波形上得到典型的正弦波调制电压波动波形。建立了基于Matlab/Simulink软件平台的仿真模型,最后通过仿真和实验验证了主电路拓扑及控制策略的可行性和有效性。     

基于APFC的超声发生器功率调节数字控制策略

本文在超声发生器中加入功率因数校正电路(APFC),并利用单片机控制数字电位器实现了对电压反馈网络的调节,从而实现APFC输出电压在一定范围内的自适应控制。此策略不仅可以降低超声发生器对电网的污染,而且实现了输出电压的可控性,从而可实现对输出功率的控制。     

一种火电机组用电力电子式电压扰动发生器研究

为了准确分析火电机组变频调速系统的高低电压穿越能力,针对市场对电压穿越能力试验设备的需求,提出一种新型电力电子式的电压扰动发生器的设计。采用不可控整流和BOOST升压电路,将不可控整流电路输出的直流电升压到预定电压后输出,再经过逆变器控制输出任意模拟电压故障波形。所提设计可模拟单相、两相及三相电压的暂升和暂降,其持续时间、深度、起止相位和类型均可做到持续调节。实验结果证明：这种新型电压扰动发生器设计安全可靠,能够准确反应电网故障电压类型,可广泛用于火电机组变频调速系统高低电压穿越能力试验研究。     

UCC3895在超声波清洗机功率控制系统中的应用

根据超声波发生器的功率控制系统原理,阐述了移相控制策略对超声波发生器输出电压波形的影响,介绍了移相控制专用芯片UCC3895的电路结构和使用设计方法.     

基于单片机的低压脉冲发生器研制

阐述了一种基于单片机控制的,用于电力电缆短路和断线故障测距的低压脉冲发生器.利用单片机的I/O口产生一定宽度和频率的脉冲,用此脉冲控制触发电路,产生相应宽度和频率的触发脉冲,此触发脉冲又触发具有快速开断性能的MOSFET产生相应的脉冲,通过脉冲变压器耦合输出到测试电缆上.所实现的低压脉冲发生器的脉冲宽度和周期可通过编程调节.该低压脉冲发生器的最窄脉冲宽度较小,可达到0.14μs;频率采用常用的100 Hz,也可灵活调整;电压幅值可达300 V以上,可根据不同情况调整电压幅值,以便检测不同长度的电缆;阻抗可调节,以匹配不同性能的电缆.     

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用，脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求，设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成：主电路为8级Marx电路串联，MOSFETs作为充放电控制开关；触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作；LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好，充电速度快，结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述，并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机，实验样机参数为脉冲电压0～4 kV,重复频率0～8 kHz可调，脉冲宽度5～12μs可调。     

200 kV脉冲电压发生器的研制

研制了以Tesla变压器为核心组成的200kV脉冲电压发生器,介绍了高压脉冲变压器以及脉冲极性和限流电阻自动转换的设计、制作与试验。高压脉冲发生器的输出为±(60～200)kV,连续可调;输出波形为半正弦波;波形宽度约6μs;限流电阻调节范围为2～17kΩ;高压脉冲极性和限流电阻可自动转换,其性能指标满足使用要求,且操作简单、安全,性能稳定可靠。     

RSD开关的谐振式触发电路设计与研究

运用谐振电路原理，设计出一种用于脉冲变压器高电压、大电流脉冲开关RSD(Reversely Switched Dynis-tor)的触发电路。重点设计了控制触发的脉冲变压器；分析并讨论了触发电路的输出波形。经实验验证了该方案的正确性和选择元件参数的合理性。     

36kV标准雷电波冲击电压发生器的研制

研制了一台波形参数为 1 2 /5 0 μs ,最高输出电压为 36kV的标准雷电波冲击电压发生器。发生器采用弹簧机械式点火装置触发球隙放电 ,成本低廉 ,实用性好。     

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。     

用于外置式暂态电压传感器标定的纳秒级上升沿阶跃波发生器研究

为掌握VFTO外部传感器高频检测性能,需要开展传感器标定研究。现有VFTO传感器高频标定源多采用气体开关或薄膜开关设计,存在体积大、消耗气体或绝缘薄膜、寿命短等问题。为解决上述问题,设计了适用于VFTO外部传感器标定的高压阶跃波发生器及回路。基于MOSFET固体开关,提出了高压阶跃波发生电路,分析了高压阶跃波模块电路板布局对输出阶跃波波形和上升时间的影响。通过波过程计算对输出电压波在标定回路上的传输进行了分析,开展了仿真模拟和实验测量研究,探究并验证了高压阶跃波发生器输出波形的影响因素,明确了阶跃波发生器的关键参数。成功研制出上升时间4.8 ns,平顶持续电压平均值最大为5 kV的高压阶跃波发生器及标定回路,满足外置式暂态电压传感器高频响应特性标定需求。     

MOSFET在感应叠加型高压双方波脉冲发生装置中的应用

为了获得脉冲间距较小并且可随时调节的高压方波脉冲,利用MOSFET响应快、重复频率高的特点研制出了感应叠加型固态高压双脉冲发生装置,该装置主要由8个感应叠加模块组成,每个感应叠加模块由18个并联的功率MOSFET构成。每个功率MOSFET具有专用的驱动电路,该驱动电路由雪崩晶体管产生的触发脉冲进行同步触发。通过测试,所搭建的8个模块感应叠加装置具有输出高压大电流双方波脉冲的能力,在10Ω负载条件下输出的高压大电流双脉冲的峰值电压达3.6 k V、峰值电流达360 A。输出脉冲底部不平坦度10%。通过优化调节雪崩触发脉冲的时间一致性,获得的输出高压脉冲的上升沿和下降沿时间分别为20 ns及30 ns。通过调整雪崩触发脉冲源输出的双触发脉冲的脉宽和脉冲间隔,可调节输出高压双脉冲的脉宽及脉冲间隔。     

基于磁压缩开关高压脉冲发生器设计与研究

为研制用于更好产生等离子体发生器的高频高压脉冲发生器,基于磁脉冲压缩开关理论设计出纳秒级高陡度前沿的高压脉冲。首先利用CLC谐振产生谐振电压,然后根据磁脉冲压缩原理设计出磁开关相关参数,并分析了二极管对输出电压波形的影响以及电容器参数对输出能量的影响。通过仿真表明:发生器在等效负载测得电压峰值11.06 kV,波形上升时间20 ns,最大能量为0.611 J,脉冲频率为1 000 Hz连续高压脉冲时,能更好的产生等离子体。     

间接雷电效应测试用快速衰减振荡波发生器研制

为了满足DO-160G测试标准关于间接雷电效应测试的技术要求,开发了1种基于串联谐振电路的快速衰减振荡(FDO)波发生器。首先,调研了现有基于并联谐振电路原理的快速衰减振荡波发生器研究现状;其次,提出了基于串联谐振电路、3级电容器储能、场效应管和肖特基二极管混合器件等新型设计思路;然后,完成了高频高压电子开关设计;最后,完成了快速衰减振荡波发生器研制与试验。试验结果表明所研制衰减振荡波发生器输出电压波形的谐振频率约为10 MHz且第1峰值大于第2峰值,完全满足DO-160G测试标准的技术要求。与国外同类产品相比,所研制产品的优点是输出电压波形除第1半波外无畸变、电压利用效率为100%,而且对高压电源充电速度无快速性要求。     

基于PCL-730的超声波触发信号的产生

针对在实验室条件下进行的超声波流量计实验中,根据超声波发射电路对触发信号的要求,开发了基于PCL-730的方波信号发生器.基于多媒体定时器产生的时基,通过控制PCL-730的数字量输出通道的输出产生频率范围为O～1KHz的方波信号,解决了方波信号的周期以及占空比的调节问题,调整外部供电电压实现对方波幅值的控制.论文介绍了PCL-730的基本性能,给出了系统的硬件连接电路和关键软件部分的开发.在实际的应用中验证了设计方案的可行性,可以满足超声波发射电路对触发信号的要求.     

4.2MV冲击电压发生器触发脉冲耦合方式研究

紧凑型封闭式的冲击电压发生器由于其自身固有电感小的特点,常用于大容量试品现场冲击试验,为了提高装置同步性能,需要在前级设置多路电脉冲触发开关。由于其级间耦合电容和开关杂散电容较大,多路开关同步触发就变得更加困难。在4.2MV封闭式冲击电压发生器中,通过外部触发器产生百千伏纳秒脉冲波形,并通过隔离元件施加至前三级开关触发电极。隔离元件既要保证纳秒级触发脉冲有效地传输至触发电极,又要隔离主回路放电。研究结果表明,千欧级的电阻可有效抑制装置同步时耦合在触发器上的电压幅值,但同时使得触发器输出电压幅值严重降低,前沿变慢;电感耦合方式使得触发电压在波前出现振荡,波形质量较差,且数微亨左右电感难以抑制同步时触发器侧耦合电压幅值;采用电容耦合方式既可以保证触发器输出电压的波形质量,又可以抑制触发器侧同步耦合电压。