用于变频电机绝缘测试的PWM电压发生器

在变频电机绝缘测试中,重复脉冲方波电压不能完全模拟变频器输出的PWM电压反映变频电机绝缘失效机理,并且同一实验中使用不同电源影响实验数据的一致性。该文章设计了一台直接输出式PWM电压发生器,既可以输出模拟变频器实际的SPWM电压和SVPWM电压用于绝缘测试,又可以输出重复脉冲方波电压开展对比实验。首先,设计了基于FPGA的脉冲信号发生器,产生基波频率、开关频率可调的SPWM、SVPWM触发脉冲以及频率、占空比可调的重复方波脉冲;然后,设计了基于固态推挽开关的斩波器,在脉冲信号的触发下输出对应的双极性高压脉冲;最后,使用该脉冲电压发生器开展了SPWM电压下变频电机绝缘局部放电实验,验证了系统的可靠性和实用性。     

Actively mode-locked strained-InGaAsP multiquantum-well lasersintegrated with electroabsorption modulators and distributed Braggreflectors

This paper describes picosecond pulse generation at 20 Gb/s by monolithic mode-locked lasers integrated with electroabsorption modulators and distributed Bragg reflectors. The electroabsorption modulator using strained-InGaAsP multiquantum wells acts as a pulse shortening gate when a sinusoidal voltage is driven at a large reverse bias voltage. To obtain transform-limited picosecond pulses, the required spectral bandwidth of the distributed Bragg reflector is estimated. Pulse generation around 4 ps with a time-bandwidth product of 0.5 has been performed at a repetition rate of 20 GHz. Driving conditions of the modulator, such as bias voltage and modulation frequency, are investigated. It is shown that an increase in the intensity noise is the main factor limiting performance     

Generalized solid-state marx modulator topology

A generalized circuit topology for bipolar or unipolar high voltage repetitive pulse power applications is proposed. This circuit merges the negative and positive solid state Marx modulator concepts, which take advantage of the intensive use of semiconductor devices to increase the performance of the original dissipative Marx modulators. The flexibility of the proposed modular circuit enables the operation with negative and/or positive pulses, selectable duty cycles, frequencies and relaxation times between the positive and negative pulse. Additionally, the switching topology enables the discharge of the parasitic capacitances after each pulse, allowing the use of capacitive loads, and the clamping of inductive loads, recovering the reset energy back to the main capacitors. Analysis of efficiency and power loss will be addressed, as well as experimental details for different conditions based on laboratory prototype, with 1200 volt Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT), diodes, and 4.5 μF capacitors.     

20kV/30A 40kHz全固态刚管调制器

现代雷达的发展对大功率阴极调制类真空管发射机提出了全波形工作的要求,这就需要大功率高重复频率的调制器。介绍了最近研制成功的一种小型化全固态刚管调制器,它采用IGBT串并联技术,可应用于中等功率多注速调管,其输出脉冲电压20kV,脉冲电流30A,重复频率达40kHz。介绍了开关管的选型、调制器的电路拓扑、调制器驱动电路、开关管的均压、均流电路和负载短路保护电路等;给出了部分组成框图,重点论述了该调制器降低开关管损耗的关键技术;同时给出了各种参数下的工作波形;最后讨论了它在雷达发射机中的应用前景。     

适用于变频电机绝缘测试的脉冲方波发生器

为合理评估变频电机绕组的绝缘性能,IEC建议采用脉冲方波电压开展测试并且选择合适的脉冲参数以减小电压波形带来的测试偏差。通过对脉冲电源波形参数选择的分析,研制了一台基于桥式固态开关器件的直接输出式脉冲方波电源,给出了脉冲变换主回路暂态参数的设计方法。波形测试结果表明该脉冲方波电源能够输出具有对称脉冲边沿特性的脉冲方波,通过控制半导体固态开关和调节充放电参数能得到最短脉冲边沿时间20 ns、最大重复频率20 kHz、最高电压幅值10 kV的对称脉冲波形,耐电晕寿命测试结果与相关研究结论一致。该脉冲电源运行可靠、结构简单,输出波形稳定,可用于开展脉冲电压条件下变频电机绝缘性能评估工作。     

Breakdown Phenomena in Nitrogen Due to Repetitive Nanosecond-pulses

Nanosecond-pulse breakdown indicates special characteristics depending on the pulse rise-time and duration. Based on a repetitive nanosecond-pulse generator, breakdown phenomena of parallel-plane gaps in nitrogen were investigated with single pulse and repetitive bursts under different gap conditions. The relationships between applied voltage, pulse repetition frequency, breakdown time lag, repetitive pulse stress time and the number of applied pulses are presented. The curves regarding E-field strength, breakdown time lag and gas pressure are also obtained. The experimental results show that breakdown characteristics with repetitive nanosecond-pulses are different from that with single pulse. Repetitive nanosecond-pulse breakdown is concerned with the accumulation effect that is attributed to residual ions and metastable species survived from previous pulses. In addition, a modified empirical formula about E-field strength, breakdown time lag and gas density is given for the breakdown data.     

10kV重复频率方波脉冲源的研制

为进行绝缘材料在快前沿高压脉冲作用下的局部放电和绝缘老化的试验研究,研制了1台最高输出电压为10kV的重复频率高压方波脉冲发生器。该方波发生器采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用半导体固态开关作为主放电开关控制脉冲宽度和重复频率,通过脉冲放电回路在负载上形成所需的电压脉冲。其半导体固态开关采用具有低耦合电容的紧凑型快速高压金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)开关,通过复杂可编程逻辑控制器(CPLD)可编程逻辑电路实现开关通断控制。实测结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为80ns、最小脉冲宽度为320ns的高压准方波脉冲,最高输出幅值达到±10kV,脉冲重复频率的可调范围为1～3kHz,性能指标满足绝缘材料的局部放电以及绝缘老化试验的要求。     

全固态浮动板脉冲调制器的研究

全固态脉冲调制器是近年来发展起来的一种新型的高可靠性脉冲调制器。本文介绍了浮动板脉冲调制器的特点,分析了电子管调制器的不足和全固态调制在技术上的进步及全固态浮动板脉冲调制器的特点、工作原理、技术指标及主要参数计算。对工程设计的技术难点包括全固态技术的实现、开关管通断一致性问题、脉冲传递和高压隔离问题进行了分析并提出了解决方案,讨论了这种类型的调制器在雷达发射机中的应用前景。     

高压陡前沿脉冲发生装置

介绍了一种基于IGBT串联技术的频率可调的高压陡前沿脉冲发生装置。并针对串级型结构的固体开关式脉冲发生器存在的可靠性受同步驱动、均压等技术条件影响严重的问题,提出了利用光纤连接器提高驱动信号同步性等解决方案。利用OrcAD＼Pspice软件对电路的仿真和与实际测试波形的对比结果证明,该装置工作可靠,输出脉冲电压峰峰值为±5kV,频率为1kHz～10kHz可调,脉冲前沿到达200纳秒以内。     

基于模块化Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源设计

重频纳秒脉冲激励的大气压等离子体放电具有反应活性高等优点。设计了基于模块化雪崩三极管Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源。计算不同Marx模块的导通时延和输出波形的抖动,研究了磁心数量、位置和形状对于输出波形的影响。磁心电感越大、外径与内径之比越大,且位于传输线变压器第一级和最高一级时对脉冲叠加效率的提升作用越明显。提出直接叠加和传输线变压器两种脉冲叠加方式组合的方法,进一步提高输出电压。整体脉冲源可以在50~300Ω负载产生2~14k V,高阻负载产生4~25k V,前沿3.8ns,脉宽7~15ns,重复频率0~10k Hz的重频纳秒脉冲电压,装置结构紧凑,参数调节灵活,方便携带。     

SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命研究

实验研究了空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulated,SVPWM)电压开关频率(6 kHz、12 kHz、18 kHz)和基波频率(10 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz)对变频电机绝缘材料耐电晕寿命的影响,并与相同开关频率50 %占空比重复脉冲方波电压下的耐电晕寿命进行对比。实验表明：开关频率越低,耐电晕寿命越长,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越大;开关频率越高,耐电晕寿命越短,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越小。50 %占空比重复脉冲方波能够用于替代SVPWM波预测变频电机绝缘的耐电晕寿命,但在开关频率较低时不能准确反映其统计特性;开关频率越高,50 %占空比重复脉冲方波对SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命时长和分散性的预测越准确。研究结果有望为变频电机绝缘性能实验评估提供理论和实验依据。     

激光触发变压器型脉冲调制器的实验研究

本文设计了一台激光触发变压器型脉冲调制器并开展了单次及1Hz重频实验研究。该调制器由水介质同轴脉冲形成线、激光触发开关、脉冲变压器、假负载等组成。在调制器主开关导通电压为-795k V时,激光到达开关25ns后调制器主开关导通,在负载上得到了电压-402k V、电流26k A、脉冲宽度128ns的准方波高功率电脉冲。当调制器主开关分别为氮气、六氟化硫时对调制器激光触发气体开关的延时、抖动特性进行了实验研究,266nm激光触发时,氮气具有较小的延时和抖动;同时对自击穿和激光触发两种情况下负载电压的前沿特性进行了对比,最后对实验结果进行了分析。     

一种用于油水井解堵的脉冲大电流源

研制了一种用于油水井解堵的脉冲大电流电源。它采用中频恒流源给升压变压器供电,经桥式整流给高压脉冲电容器充电,通过封闭式气体开关产生脉冲高压施于液体放电间隙,使之击穿形成脉冲大电流。具有脉冲电压幅值和放电重复率易调、寿命长、能量利用率高、脉冲电流上升沿陡和产生的冲击波强的优点。样机在油田现场试验了４口井,取得良好的解堵增产效果。     

用于产生非平衡等离子体的纳秒级脉冲电源研制

为了给非平衡等离子体相关实验提供ns级高压脉冲,研制了一台基于传输线变压器(transmission linetransformer,TLT)原理的高压重频ns脉冲电源,通过在传输线外套加磁环增加二次阻抗,提高TLT的输出电压和能量传输效率。同时设计了一种电容-开关-传输线的紧凑化同轴结构。实验表明,在连接匹配负载条件下,电源输出脉冲电压峰值可以达到26kV,脉宽100ns,上升时间25ns,可在500Hz频率下稳定运行。同时成功地将其应用于大气压氩气等离子射流实验,发现与正弦电压相比,相同电压峰值下,脉冲电源作用下的等离子体射流长度更长,但2种电源作用下的射流长度均出现饱和现象,同时电源频率对射流长度无明显影响。     

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。     

-80kV/8kHz回旋管调制器的设计

近年来,国内固态刚管调制器凭借其显著优势得到了广泛应用,但用于高压高重复频率场合的固态调制器还未见报道.由于刚管调制器为硬开关,在高压高重复频率下存在较严重的损耗.此处介绍了一种脉冲电压80 kV,重复频率高达8 kHz的固态刚管调制器研制过程,着重介绍了研制过程中遇到的问题,分析了采用固体灌封方式存在的缺点,提出采用...     

一种幅频可调的高频高压方波电源的研制

针对现有气体开关频率低、幅值不易控制的缺点,以固体开关绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为主要开关元件,由单片机来控制频率和占空比的调节,通过脉冲变压器升压和整形电路的整形,得到高频高压方波电压.脉冲电压频率可以在1～15 kHz之间任意调节,电压幅值可在0～20 kV之间连续可调.电源同时具有良好的过压和过流保护作用.     

基于SG3525半桥型开关电源的研制

美国硅通用半导体公司设计的适用于高频功率MOS管驱动的第二代集成电路脉冲宽度控制器SG3525,用于驱动N沟道的功率MOS管。本文将介绍用该集成电路组成的半桥型开关稳压电源,该稳压电源具有逆变频率高、稳压性能好的特点,适用于工业用电源。     

基于MOSFET的固体调制器研究

固体调制器能产生短脉冲、快上升沿、快下降沿、大电流,并能工作在兆赫兹频率下,因此是脉冲功率技术的一个重要发展方向.介绍了由功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件组成的固体调制器的基本工作原理.采用单片机和CPLD作为硬件核心设计了脉冲信号发生器,作为同体调制器的触发信号源.通过对驱动电路的仿真,确定了由集成驱动芯片组成的驱动电路的主要参数;设计了6个MOSFET并联的开关模块.实验表明,其具有良好的静态、动态均流效果.最终设计的调制器由3个开关模块叠加而成,在800V充电电压下,可以得到最短脉宽为33.8ns,前沿为13.9ns,幅度为2.20kV的脉冲.在多脉冲情况下,脉冲的一致性良好.     

模块化高精度大功率高压电源并联技术

为实现多模块大功率高压电源均流并联扩容技术,用固定相对相位偏移的脉冲频率调制法,将多个高压大功率串联谐振逆变模块并联;并通过优化控制补偿网络设计及合理接地设计,解决并联系统自激和高压打火损坏控制电路难题。实验表明用该法实现高压电源的模块化并联扩容,简单可靠且并联模块越多电源纹波水平越小;无需内置电流控制环,模块间也能得到满意的均流效果;在脉冲负载和电阻负载条件下,均具有好的动态特性。