配电电缆电气参数测量用脉冲发生器研制与试验

低压脉冲发生器是振荡波电压检测系统中用以测试电缆基本电气特性参数的重要单元,其性能对局部放电正确评估和精确定位有着重要影响。本文基于单片机控制和具有快速开断特性的金属-氧化物半导体场效应晶体管,研制了一台用于配电电缆传播常数测量和局部放电标定的脉冲发生器,并进行相应试验与分析。结果表明,该脉冲发生器产生的脉冲满足上升沿陡的要求,达到了灵活调节脉宽和幅值的目的,测得的电缆电气特性参数较为准确。     

全固态纳秒脉冲发生器控制系统设计

应用脉冲频率响应法检测电力变压器绕组变形,需要脉冲发生器作为检测系统激励[1-2]。基于FPGA的多参数可调全固态纳秒级脉冲发生器是众多脉冲发生器中较为先进的一种,FPGA控制系统作为此种脉冲发生器的控制核心,具有调控脉冲电压幅值,控制脉冲重复频率与宽度以及系统过流保护等功能。设计合理的控制电路对整个脉冲发生器性能优劣起到至关重要的作用。针对此脉冲发生器的控制电路重点分析了脉冲发生器的脉冲触发控制,电压控制设计以及过流保护控制等三部分功能。最后通过实验结果证明在此控制电路控制下脉冲发生器可调整脉冲参数,系统安全性较高。为进一步利用脉冲频率响应法检测变压器绕组变形奠定了基础。     

自适应遗传算法在电路优化中的应用

针对一种脉冲电压发生器存在同一档中输出的脉冲电压会随着脉冲频率的升高而急剧减小,导致密波脉冲下不能得到足够电压的问题,对原电路进行改进,并采用一种改进的自适应遗传算法对电路参数进行优化设置。通过实验比较发现,不同频率下的输出电压幅值在单片机的控制下基本达到了期望值,大大改善了脉冲电压发生器的性能,保证了输出效果。     

基于IGBT的高压脉冲电源研制

高压脉冲电场灭菌技术是近年发展起来的极有潜力的非热灭菌技术,其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分.提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源,系统由能源系统和脉冲产生回路构成,由单片机来控制IGBT的触发,其设计输出为方波,电压幅值在50～100 kv可调,脉冲宽度在1～10μs可调,频率在1～100Hz可调.所研制的高压脉冲电源可用于间距在2～10 cm之间平行可调的平板电场,满足食品在各种高压脉冲电场强度下非热力灭菌的需要.     

基于STC89C52的高压脉冲电源的设计

采用脉冲单元叠加技术,设计了由10个相对独立的脉冲电源叠加构成的高压脉冲电源。应用同步驱动技术,实现了20 kV,峰值电流100 mA的高压脉冲输出。各脉冲电源单独采用独立的驱动模块控制,驱动信号由单片机控制产生相同的PWM脉冲信号。电源的性能指标为:脉冲电压幅值0～20 kV,脉冲占空比5%～40%可调,脉冲频率20 kHz,也可进行相应调节,脉冲电流最大幅值100 mA,最大额定功率2 kW。设计的电源可通过调节直流电压的大小来满足不同电压输出的要求。测试结果表明设计的电源运行稳定、可靠。最后提出一种采用多模块串并联叠加技术来提高功率的改进方案。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

一种基于IGBT的Marx发生器的研制

为了解决地球探测仪器等领域所需脉冲电压在几十至几kV之间输出电流相对较小的问题,提出了在中小功率场合采用IGBT代替空气放电球隙,从而改进充放电回路的控制方式。给出了以IGBT作为控制开关的Marx发生器的构成框图,IGBT驱动电路和AT89S52单片机控制电路;分析了以放电球隙作为控制开关的Marx发生器基本回路的动作过程;设计了一种以IGBT为控制开关的3级Marx发生器,并进行了放电等效电路的计算和元件参数的选择。采用单片机内部定时/计数器产生周期性脉冲信号,作为IGBT驱动电路的原始控制信号,最终实现了幅值1200 V,脉宽1~10 ms,脉冲频率为10~240/min可调的脉冲电压。采用示波器分压测试的方法给出了负载电阻输出脉冲电压的实际测试结果。测试结果表明,中小功率场合采用IGBT作为控制开关构建Marx发生器切实可行。     

模块化全固态高压ns脉冲开关技术

为满足脉冲功率技术所需高电压幅值、高重复频率脉冲源的要求,研究了一种新型绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联技术,它用5个IGBT进行串联,并将控制、驱动、均压、缓冲电路和IGBT组成一体化模块结构,模块的体积小、重量轻。驱动信号经高频脉冲变压器耦合,可以同步驱动多个高电位的IGBT,输出脉冲的宽度和频率由单片机控制。经试验表明,100Ω的电阻负载时每个模块可输出前沿<100 ns、脉冲频率160 Hz~10 kHz、脉冲幅值约3.5 kV的可调脉冲电压,而且模块可以进行多个串并联。     

基于局部放电量的环氧树脂脉冲电应力老化特性研究

针对GIS内出现的冲击型电应力老化现象,设计一套特斯拉脉冲电源发生器,通过控制调节脉冲电压的输出幅值及频率,研究纳米Al2O3填料与环氧树脂共混填充在不同电压幅值、频率试验条件下的绝缘特性和局部放电量的变化规律.结果 表明,较高的脉冲幅值与脉冲频率会加快空间电荷的入射与脱陷过程,加剧复合材料内部局部放电过程,促进导电通道分支的发展,进而使复合材料的老化程度更加严重.该研究结果有利于提升电气设备缺陷发现能力,减小故障几率,缩短停电检修时间,为设备异常故障分析提供参考依据.     

提高高压直流发生器稳定度的原理及措施

在高压直流发生器中,通过调节主触发电路输出脉冲的触发角可调节半可控桥整流电路电压;亦可调节逆变触发电路使可控硅逆变电路的输出波形的脉宽或波形的频率发生变化,控制发生器的输出电压。在相位控制方式中,采用从高压侧引入采样信号方式,发生器稳定度更高一些。     

基于氢闸流管的高压脉冲电源

针对高压脉冲电场杀菌技术对于系统核心部分高压脉冲电源的要求,设计一种输出脉冲电压峰值可达5～30 kV(100 V步进可调),输出脉冲频率为200~1 000 Hz可调,脉冲宽度为0.2~2μs可调,脉冲前沿<100 ns的高压脉冲电源。该系统利用单片机进行自动控制,通过可调直流高压电源和储能元件作为能源系统,利用氢闸流管作为主放电开关,控制脉冲峰值和频率,最后通过脉冲变压器升压在杀菌腔体的极板上得到所需的脉冲电场。     

kV/ MHz 高重频可重构脉冲产生技术研究

针对当前超快脉冲和超高重频脉冲产生技术需求,基于固态半导体开关技术和脉冲合成技术,提出了一种基于延时触发控制的高重频可重构脉冲产生方法,研制了kV/MHz高重频可重构脉冲源原理型装置。测试结果表明,该脉冲源能够稳定输出幅度为1 kV、重复频率1 MHz、前沿时间约700 ps的亚纳秒脉冲,通过精确调节各脉冲触发时间顺序还可灵活改变脉冲前沿、脉宽和波形等参数,并能实现1～50 MHz重复频率的参数调节,可有效满足电子对抗、超宽带探测及通信等行业领域的应用需求。     

晶闸管交流调压电路数字触发系统的研究

在深入分析目前晶闸管数字触发电路存在的主要问题的基础上,提出了一种新型晶闸管交流调压电路触发系统的设计方法。提出了基于锁相环的电压同步检测电路的原理与设计,保证了同步信号对电源频率的跟踪;设计了以单片机89s51、计数器8253为基础晶闸管触发电路,并通过相序检测、校正电路实现了相序自适应触发;提出采用高频互补对称触发脉冲设计方法,有效地减小了对脉冲变压器的功率要求。     

RSD重复频率脉冲功率电路的研制

研制了一种基于高速大功率半导体脉冲开关反向开关晶体管(Reversely Switched Dynistor,简称RSD)的重复频率脉冲功率电路,电路主要包括放电电容充电回路、主回路及BSD预充回路等部分.分析了脉冲功率电路及磁开关工作原理.设计了工作电压为2.4 kV时的电路及磁开关参数.试验结果表明,当重复频率为1...     

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.     

一种新型数字SPWPM逆变器

针对电压型高频链逆变器的控制,论述了一种新型数字正弦脉宽脉位调制(SPWPM)控制策略,分析了该控制策略的工作原理,并利用C8051单片机实现了该控制系统的算法.样机实验结果表明,采用该控制策略的逆变器克服了传统SPWM模式逆变器的缺点,既具有高频电气隔离功能,又有电路拓扑简洁等优点.实验结果也证实了该逆变器及其控制系统的可行性和有效性.     

基于脉冲阻塞原理的三相AC/AC系统等脉宽斩波控制

针对传统的三相AC/AC变频电路特点,提出了一种新的电路拓扑,仅用6个功率器件即可实现三相AC/AC变频功能.提出基于脉冲阻塞原理的等脉宽斩波控制策略,取代传统的移相控制策略施加于该电路拓扑,实现了三相输出电压幅值、频率分别可调或同时可调.对等脉宽斩波控制策略进行了详细的理论分析.根据期望输出电压的不同频率和幅值.利用...     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

断路器跳闸脉冲监测系统的研制与应用

跳闸脉冲监测系统包括跳闸脉冲监测器和手持式阅读器。跳闸脉冲监测器由超低功耗单片机、时钟芯片、红外数据传输模块、脉冲感应模块等组成,通过感应方式监测断路器跳闸回路中的跳闸脉冲,记录跳闸发生时刻和跳闸脉冲宽度。手持式阅读器通过红外通信方式从跳闸脉冲监测器读取相关数据并与GPS时间进行对比,显示跳闸发生的绝对时间和脉冲宽度。通过合理布置监测点,可以快速甄别断路器跳闸是由二次回路故障所引起,还是由断路器机构本身原因所引起,可以有效地缩小查找范围,快速找到故障点。     

单正激驱动变压器的磁通复位问题分析

本文对采用变压器隔离的单端正激式晶闸管驱动电路进行了分析研究,主要讨论了其传递宽脉冲触发存在的问题,采用高频调制脉冲列触发带来的优点,以及高频调制脉冲列触发所涉及的磁通复位、波形畸变及有关参数设计问题。磁通复位原理的分析,并不只局限在本文所研究内容中,对于开关电源设计也具有指导和借鉴意义。