继电器在高压脉冲设备中的应用

分析了继电器在高压脉冲设备中影响其可靠性的因素。采用以低压继电器、真空高压继电器、牵引电磁铁为核心．分别构成具有很强的抗电磁干扰能力的“自动控制器”、高压脉冲“+/-极性”及“高压限流电阻”的自动转换控制器,实现了高压直流的通/断自动控制、200 kV高压脉冲“+/-极性”和“高压限流电阻”的自动转换,其使用效果明显。     

铁心式脉冲变压器的谐振充电特性

基于脉冲变压器的陡脉冲发生器是神光III能源模块主放电开关的触发方案之一。该类型触发器利用脉冲变压器对高压电容谐振充电,并通过陡化开关输出陡脉冲触发气体开关。分析杂散电阻和激磁电感对谐振充电变比和效率的影响,理论推导了环形铁心脉冲变压器的铁心体积最小值,并在实际工程中验证。设计了带载电容为1.08 nF,输出电压峰值为130 kV,绕组变比为65的干式铁心式脉冲变压器。研制了基于脉冲变压器谐振充电的气体开关触发器,其输出脉冲峰值大于120 kV,上升时间小于30 ns,能够稳定可靠地触发两电极气体开关。     

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。     

轻质高频高压纳秒脉冲电源研制

高压脉冲电源是产生放电等离子体及其应用于生物医学、材料表面处理及流动控制的重要激励源.基于单极性Marx电路与脉冲变压器相结合的思路,利用脉冲变压器的电压波形过冲现象,开发了一台高频高压纳秒脉冲电源样机.该电源样机输出电压幅值最高可达21 kV,频率最高达16 kHz,上升沿和下降沿分别约为145 ns和215 ns,脉宽约为250 ns;输出平均功率为125W以内时,整机效率高于80％.该脉冲电源的输出电压、频率等参数连续可调且体积较小.上述研究为开发应用于放电等离子体的高压脉冲电源提供重要参考.     

适用于PEA空间电荷测量系统的高压脉冲发生器设计

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个高压脉冲。阐述了电声脉冲法(PEA)测量电介质中空间电荷的原理,并分析了高压脉冲波形对测量信号的影响。在分析传统高压脉冲发生器的基础上,介绍了一台新型带相位检测的高压脉冲发生器,从而使PEA空间电荷测量系统能够适合交流电压下的电缆绝缘测试,该发生器能够形成50 ns、100 ns和200 ns的5 kV陡脉冲电压信号。     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

一种可用于研究变压器暂态特性的脉冲发生器的研制

为了研究在VFTO作用下变压器绕组的暂态过程,研制了一台纳秒级的脉冲电压发生器。利用PSCAD/EMTDC软件分析了该发生器回路参数对波形上升时间、振荡程度等的影响,通过减小回路整体电感且将储能电容器的电容值取为1 nF,同时通过调整输出电缆的长度,使得输出脉冲无反射,波形质量较高,输出脉冲波形可用于研究变压器绕组在VFTO作用下的暂态过程。     

一种可用于研究变压器暂态特性的脉冲发生器的研制

为了研究在VFTO作用下变压器绕组的暂态过程,研制了一台纳秒级的脉冲电压发生器。利用PSCAD／EMTDC软件分析了该发生器回路参数对波形上升时间、振荡程度等的影响,通过减小回路整体电感且将储能电容器的电容值取为1nF,同时通过调整输出电缆的长度,使得输出脉冲无反射,波形质量较高,输出脉冲波形可用于研究变压器绕组在VFTO作用下的暂态过程。     

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。     

模块化双极性固态指数衰减脉冲电压源研制

为了模拟特高压直流换流阀饱和电抗器绝缘电气应力,研制了1台模块化双极性固态指数衰减脉冲电压源。参照1 100 kV/5 000 A特高压直流换流阀饱和电抗器的电压参数要求,采用双极性Marx电路与脉冲变压器组合的新型拓扑结构,并进行理论设计和PSPICE电路仿真,仿真结果与所需波形参数一致,证实所设计电路的正确性。结果表明:发生器在容性负载为12.5 pF时,可输出频率为50 Hz的双极性脉冲电压。正极性电压脉宽11.40μs,上升沿1.18μs,幅值0-10.9kV可调;负极性电压脉宽68.2μs,上升沿21.38μs,幅值0～2.27 kV可调。该模块化脉冲电压源可为后续研究工频脉冲电压下饱和电抗器绝缘的局部放电机制和老化失效机制提供实验条件。     

220kV级单机24脉波融冰整流变压器

本文中作者分析了220kV融冰整流变压器的特点,对单机输出24脉波方式及阀侧输出两挡电压的实现方式进行了分析。     

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。     

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。     

辅助互感器串联补偿技术在供电型电压互感器电压调整中的应用

针对供电型电压互感器供电电压随负荷而变化的实际情况,介绍了一种基于辅助互感器串联补偿技术的供电电压补偿方法。以一台额定一次电压为110√3 kV,额定容量为60 kV·A的单相供电型电压互感器为例,计算了其供电电压及供电容量随负荷容量及功率因数的变化率。依据变化率,设计了基于辅助互感器的供电电压自动补偿回路,可实现对供电电压±4.4 V、±8.8 V、±13.2 V、±17.6 V、±22.0 V、±26.4及±30.8 V的补偿量。分别对功率因数cos φ=1和cos φ=0.89（感性）2种情况的不同负荷容量下供电电压补偿效果进行验证,试验结果表明：增加了辅助互感器自动串联补偿回路后,供电型电压互感器的供电电压变化率由–1.80%~11.36%提高到了–3.000%~0.045%,完全满足标准对单相220 V供电电压质量的要求。采用辅助互感器的自动串联补偿技术,可以实现对供电型电压互感器供电电压的补偿,解决了由于农村负荷功率因数低,高峰负荷期供电电压偏低的问题,对提高用户电压质量提供了保障。     

全桥高频链逆变电源的混合控制策略研究

对丁全桥高频链逆变器的控制,本文提出一种混合式正弦脉冲脉位调制控制策略,高频变压器传递SPWM波,根据对输出电压与电流进行过零比较与逻辑组合,得到周波变换器高频和低频混合驱动脉冲。介绍了全桥高频链逆变器的工作原理,并应j{]MATLAB仿真软件对电路进行控制算法的仿真,同时制作丫容量为200VA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提控制方案的可行性与正确性。     

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。     

LLC resonant DC–DC converter with series‐connected primary windings of transformer

This paper proposes a zero‐voltage switching (ZVS) LLC resonant step up DC–DC converter with series‐connected primary windings of the transformer. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (MOSFETs), two resonant capacitors, two resonant inductors, and only one transformer with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. Resonant capacitors and inductors along with the primary windings of the transformer form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with an interleaved half switching cycle. The secondary winding of transformer is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the output voltage. The converter operates within a narrow frequency range below the resonance frequency to achieve ZVS, and its output power is regulated by pulse frequency modulation. The converter has lower conduction and switching losses and therefore higher efficiency. The experimental results of a 500‐W prototype of proposed converter are presented. The results confirm the good operation and performance of the converter. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

高压纳秒电磁脉冲衰减器的研制

随着电磁脉冲技术的发展,电磁脉冲前沿越来越快,峰值越来越高。针对这些特点,为了减小高压纳秒电磁脉冲传输、衰减过程中电磁波的反射,在输出端得到理想的电磁脉冲波形,设计了一种高压纳秒电磁脉冲衰减器,采用高频电磁场仿真软件HFSS建模仿真,分析驻波比,优化结构尺寸。根据仿真及优化结果,制作了衰减量为30%和40%的衰减器样机。实验表明样机衰减量误差小,传输性能好,可对上升时间2ns左右,峰值小于40kV的电磁脉冲实现有效衰减。     

高压宽脉冲生物失能效应脉冲源

为满足非致命武器中高压脉冲的生物失能效应研究,研制了一种脉冲宽度为5～500μs,重复频率为1～200 Hz,最大幅度为5 kV,最大脉冲电流为500 mA的信号源.输出脉冲采用两个IGBT串联开关调制形成,其驱动、均压、缓冲电路和IGBT组成一体,直流高压供电采用并联谐振充电技术,整机基于嵌入式实时操作系统进行操控管...