电磁弹射系统的脉冲功率源设计

为了解决盘形线圈弹射装置发射需要用于改变弹射体的发射方向的2个正交时变磁场,研制了由2个独立模块构成的脉冲功率源装置。每个模块的储能为300 kJ,由6个电容、改进的大功率火花隙开关、续流二极管、高频PWM整流器及用于脉冲成型网络的同轴电缆输电线组成,且每个电源模块可经光纤控制器单独触发,通过改变触发脉冲的延迟时间改变发射方向(在10 ms到几μs间)。为减小电磁干扰和电磁力的影响,使系统具有高灵活性和可靠性,改进了脉冲电源模块中元器件的位置及其结构,每个模块所能承受最大电压5 kV,放电电流峰值达200 kA。实验结果表明,研制的脉冲功率源输出电流大、安全可靠、结构紧凑、操作方便、性能满足电磁弹射研究的需要。     

高性能真空触发开关技术的研究综述

总结了目前国内外高性能真空触发开关技术的进展及发展趋势;分析了真空触发开关在击穿机理方面的研究情况;比较了目前真空触发开关在大功率快速关合技术中的应用情况;介绍了真空触发开关的触发源技术的研究情况。     

大电流高速滑动电接触实验电源系统研制

为提供电接触大电流,驱动电磁轨道发射装置将试品加速到1～2km/s的高速以模拟速度转捩的发生条件,研制了用于大电流高速滑动电接触实验研究的1.5MJ脉冲电源系统。整个系统采用包括8个可程序控制电源模块的模块化结构,通过程序控制的方式,实现各模块的同步或时序放电,输出的脉冲电流波形幅值和脉宽均可调。利用建成的电源系统进行了短接调试实验及大电流高速滑动电接触初步实验,结果表明:电源可产生峰值>400kA、平顶时间>1ms的放电电流,能够满足大电流高速滑动电接触实验的要求。     

基于高频振荡回路的激光触发真空开关开断特性

真空触发开关(TVS)是脉冲功率技术的重要开关器件,随着脉冲功率系统向更高工作频率的方向发展,要求TVS具有在高频回路中稳定工作的能力,因此采用LC高频振荡回路对一种新型激光触发真空开关(LTVS)进行实验研究,考察振荡回路频率、间隙电压以及初始等离子体浓度等因素对LTVS的开断特性的影响。实验结果表明,振荡回路频率增加和间隙电压升高将导致电流峰值及电流过零点变化率升高,电路未成功开断或者发生重击穿概率增加;重击穿时间间隔随间隙电压和回路频率升高而缩短;LTVS未成功开断或者发生重击穿概率与初始等离子体浓度无关。实验结果对于改善LTVS在高频回路中的稳定工作能力具有参考价值。     

脉冲功率晶闸管的小型化

小型化与轻量化是脉冲功率电源实用化的关键技术。功率半导体开关占据了脉冲电源体积相当大的比例。为减少功率半导体开关的体积与重量,本文提出一种以减薄铜基座对其进行小型化的方法。该方法通过建立和求解晶闸管暂态热传导数学模型,来分析晶闸管在浪涌电流下温度对时间和空间分布的特性。计算结果表明:在脉冲功率应用中,晶闸管铜基座厚度与硅片的峰值结温无关,铜基座厚度仅对热量的扩散时间和热平衡后的稳态平均温度有微量影响。根据理论计算的结果,本文试制了薄壳晶闸管样品,其厚度仅为常规型号的一半。样品测试结果显示了晶闸管浪涌电流能力和di/dt与常规管壳的基本一致。薄壳方案同样适用于二极管。     

基于LC谐振取电及零序电压测量系统的设计

为解决智能一体化高压开关取电问题,文中提出了基于电容分压原理的LC谐振取电电源系统:一次侧采用高压电容和变压器一次绕组串联,二次侧采用变压器二次绕组并联分压电容,降低了低压电容的电压设计等级,同时基于该电源系统中性点通过构建零序电流回路实现了零序电压测量,无需安装三相五柱式PT或植入零序电压传感器,降低了工程造价.最后针对线路故障过电压及雷电冲击,设计了基于能量池电压监测和电力电子开关控制的防护电路.实验数据表明该系统的取电能力可达到1W,零序电压测量精度为5％,具有较大的工程应用价值.     

电容基强流脉冲电源续流电路的应用研究

分析了电容基脉冲电源工作放电的电路特征和续流开关导通时电路的过渡过程,根据二阶系统特性,从机理上阐明了工作放电时续流支路冲击电流形成的原因,并通过模拟实验验证了冲击电流的成因.提出了抑制硅堆续流支路冲击电流的方法,采用缓冲电阻增大二阶系统的阻尼比,能有效抑制电流冲击,防止硅堆损坏,实验表明提出的保护方案行之有效.     

触发真空开关的导通特性

介绍触发真空开关导通特性的实验研究结果,研究了不同的电极极性,电极距离,电极形状,不同的触发方式和触发能量以及主电路负载性质对开关导通特性,特别是最小导通电压的影响,实验结果表明,触发真空开关的最小导通电压比火花隙开关小两个数量级,因而具有工作电压范围很宽的优点。     

长间隙触发真空开关的实验研究

报导了长间隙触发真空开关的实验研究结果 ,包括导通过程、触发可靠性、触发时延及工作稳定性。实验表明 ,采用高压小电流击穿与低压大电流续流的触发电路 ,可保证触发可靠性 ;长间隙触发真空开关有良好的工作稳定性 ,除得到更高工作电压的触发真空开关外 ,还可用于长间隙真空电弧特性的研究。     

平滑无冲击电力电子有载调压装置

国内外现有的有载调压变压器分接头开关的调节一般采用机械开关切换方式，其控制系统结构复杂、体积大、调节速度慢、故障率高。针对这些缺点，提出了一种新型的有载调压系统，该系统采用晶闸管组替代分接头调压开关，单片机作为控制单元，通过检测系统电压和电流，根据电力系统的安全、经济运行的需要，确定需要接通或断开变压器调压绕组的组数和分接头开关位置，然后根据电磁能量守恒原理在对电网无冲击的时刻触发相应的晶闸管开关。使调压过程在宏观上电压按系统运行的需要而改变，而微观上电压波形平滑、连续、无冲击。     

Design and testing of heavy pulse current switches based on photothyristors

This article presents the results of testing heavy pulse current switches based on photothyristors. Transient processes are considered that are observed in the semiconductor switch when the capacitor is discharged upon inductance and with a signal-shaping network with an inductor and crowbar diodes. The limit currents are found for the semiconductor structure, at which thermal generation peaks are observed in oscillograph records of direct voltage drop. The energizing of the photothyristor is analyzed. The need for forcing RC circuits to ensure fast and steady transition of the semiconductor structure to the conductive state is shown. The transient process observed at reverse recovery of photothyristors in the discharge circuit with inductance is considered. The need for snubber circuits to suppress pulse overvoltage is established. The particulars of the transient switching of current to the crowbar diodes and the generation of pulse overvoltages at reverse recovery of photothyristors are considered for a discharge circuit with crowbar diodes. The parameters of snubber circuits to suppress these overvoltages are determined. The validity of the accepted engineering solutions is confirmed by the results of tests at switching of a pulse current of up to 100 kA.     

Photoconductive switch design for microwave applications

A procedure for choosing the dimensions of a photoconductive semiconductor switch (PCSS) for operation at microwave switching frequencies, and particularly at 10.0 GHZ, is described. The critical dimension is the switch length (electrode separation), which must be small enough to force photoinduced charge removal during switch turn-off via sweep out rather than recombination. The switch depth in the direction of turn-on optical pulse absorption must be several optical absorption depths long to ensure absorption of all the incident light, which optimizes optical to electrical signal gain. The switch width is determined in conjunction with the peak intensity of the optical pulse because the switch width-optical intensity product, which represents optical power, determines the turn-on time, the on-state switch resistance and the turn-off delay time. Simulations show that a switch with a 0.5 μm length, 5.0 μm depth, and 20 μm width, illuminated with 1.0 W peak power optical pulses at 10 GHz, will have a 4.8 ps turn-on time, a 0.23 Ω on-state resistance, and a 46 ps turn-off time.     

三相超快恢复二极管整流桥开关模块

采用混合集成技术,把由六个超快恢复二极管（FBED）芯片组成的三相整流桥和一个作为开关的晶闸管芯片混合集成在一个PPS外壳内,制成了“三相FRED整流桥开关模块”,它主要用于VVVF、SMPS、UPS、逆变焊机、伺服电机传动放大器等具有直流环节的变频器内。简要地介绍了这种模块的设计和制作特点、内部结构、应用领域及其主要技术参数。     

基于PSM技术的70kV/90A高压脉冲电源的研制

在受控核聚变实验中,辅助加热系统采用高功率微波和高能粒子对等离子体进行加热或驱动。这些部件不仅要求为其供电的高压电源稳定度高,而且要求在它们发生打火现象时,保护时间短(<10μs),高压电源对其释放的能量小,否则这些关键部件极易受到损坏。基于脉冲步进调制PSM技术的高压脉冲电源是许多相同的脉冲电源串联并经过特定的调制方式控制,从而实现高压大功率输出。该高压电源有控制方式灵活、输出功率高、功率因数高、稳定度高、响应速度快、保护时间短、故障时系统对负载的释能小等众多优点。尤其保护时该电源系统储能小,时间短,满足各种高功率微波管和加速器的要求。本文分析了基于主回路的三种控制方式,并选取了PSM技术作为最终控制方式。在此基础上,设计并研制了一套基于PSM技术的高压脉冲电源,实验及运行结果表明该高压电源的线路简洁,控制方式灵活,且各项参数均优于现有基于晶闸管器件的高压电源,最高输出参数约为72kV/90A,能够满足辅助加热系统的要求。     

新型桥式固态故障电流限制器

文中提出了一种新型桥式固态故障电流限制器,该装置由二极管、晶闸管和限流电抗等组成。在系统正常运行时,新型故障电流限制器运行于整流桥模式,对系统影响很小;在故障发生时,限流电抗能自动无延迟地限制短路电流第1个峰值,且通过对晶闸管的控制,实现装置由整流桥模式进入限流模式,限制短路电流稳态值。该方案无需另设旁路限流电抗,也无需全控型器件,结构简单,可靠性高。文中提出了该方案的控制策略,并通过实际系统仿真分析及与现有桥式故障电流限制器对比,证明了该方案的可行性和技术优势。     

A New Three-Phase Static Variable Frequency Changer

A new three-phase ac to ac static frequency changer is described. It accepts power from a conventional three-phase constant frequency (e.g., 60 Hz) source, and control signals from an auxiliary circuit, also three phase. The converter output may be represented by positive, negative, and zero sequence voltage systems, each system characterized by a particular frequency. By appropriate control, the lowest (fundamental) output frequency becomes fc -fs Hz, where fc is continuously controlled and fs is the constant supply frequency. Fundamental output frequency is associated with positive and zero sequence voltages. The process of conversion involves both free and forced commutation. It may be accomplished by four thyristors per phase, triggered by the square-wave control signals.     

沿面闪络真空开关触发特性的实验研究

触发真空开关(triggered vacuumswitch,TVS)是脉冲功率技术的核心器件,为满足对TVS放电时延及其分散性、工作电压范围、通流容量等的要求,设计了高介电系数的电介质材料制作的沿面闪络真空开关,研究了触发脉冲、主间隙两端的电压对TVS放电时延及其分散性的影响规律。实验研究表明:采用高介电常数电介质材料制作的沿面闪络真空开关,在自击穿电压为120 kV的条件下,TVS的最小工作电压为1.3 kV,工作电压范围为1.08%～99%;最大的放电时延400 ns,最小的放电时延为130 ns,最小的时延分散性为±10 ns;TVS的通过的电流峰值150 kA。该TVS不仅满足一般放电开关的性能要求,用于高电压、大电流脉冲功率技术中,而且可以用于对放电开关有特殊要求的Crowbar回路中。     

电力电子有载调压装置的控制系统设计

国内外现有的机械式和电力电子式有载调压变压器分接头的调节方式，具有结构复杂、体积大、调节速度慢、故障率高等不足。针对这些缺点，提出了一种新型的有载调压控制系统，该系统采用晶闸管组替代分接头调压开关，单片机作为控制单元，通过检测系统电压和电流，根据电力系统的安全、经济运行的需要，确定需要接通或断开变压器调压绕组的组数和分接头开关位置，然后根据电磁能量守恒原理在对电网无冲击的时刻触发相应的晶闸管开关。使调压过程中电压波形连续无冲击，为用户提供高质量的电能。     

智能变电站中高频开关电源技术应用

高频开关电源因其性能可靠、体积小、效率高等优点,已广泛应用于智能变电站直流系统中,为变电站安全、可靠运行提供保障。首先简单介绍了交直流一体化电源系统,然后分别对直流充电模块、通信电源模块、UPS电源模块作了详细分析,重点研究了高频开关电源的N+1冗余技术和均流技术。通过研究发现,这2种技术的应用提高了高频开关电源模块的可靠性。高频开关电源能够满足智能变电站对直流系统可靠性的要求。     

High Voltage Pulsed Power Supply Using IGBT Stacks

High voltage pulsed power supply using IGBT (insulated gate bipolar transistor) stacks and pulse transformer for plasma source ion implantation is proposed. To increase voltage rating, twelve IGBTs are used in series at each IGBT stack and a step-up pulse transformer is utilized. To increase the current rating, the proposed system makes use of synchronized three pulse generator modules composed of diodes, capacitors and IGBT stacks. The proposed pulsed power supply uses semiconductor switches as main switches. Hence, the system is compact, and has semi-infinite lifetime. In addition, it has high flexibility in parameters such as voltage magnitude (10-60 kV), pulse repetition rate (PRR) (10-2000 pps), and pulse width (2-5 muS).