直流配电网交错串联式固态断路器

鉴于有源直流配电网的故障特性,能够快速有效切除故障电流的固态直流断路器对提高直流配电网的供电可靠性意义重大。为此,提出一种交错串联式固态断路器,其拓扑将多个内层单元串联交错以提高整体耐压能力,每个内层单元由多个串联的常通型SiC JFET开关管组成,电路拓扑具有极强的可扩展性。通过双层均压网络实现串联开关的快速响应、动静态电压平衡。基于LTspice软件构建4.5 kV/20 A固态断路器仿真,仿真结果表明额定工况下该断路器关断时间仅为80 ns,验证了所提交错串联式固态断路器拓扑可行性。

高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器

非隔离型直流变换器具有功率密度高、效率高、成本低等特点,在高压电场供电、静电除尘等场合具有应用需求。然而,现有的非隔离变换器仍面临可扩展性有限、电压增益不足等难题。对此,此处提出了一种高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器(ReSC),利用微亨级谐振电感和硅快速恢复二极管(Si-FRDs)构建模块化升压模块,实现高增益输出。结合所提变换器拓扑,详细分析了其工作原理;考虑功率器件寄生参数,建立了变换器等效模型并对开关过程进行了详细分析,推导了变换器软开关运行条件,分析了采用辅助电感的零电压开通过程。最后搭建了3 kW/10 kV输出、13级谐振开关电容变换器实验样机验证了所提变换器的有效性。

SiC JMOS和SiC DMOS在Si/SiC混合器件单相逆变器中的应用研究

Si IGBT与SiC MOSFET并联组成的Si/SiC混合器件(HyS)因在功率变换器中提供了一种成本与性能的优化折衷而受到广泛关注。其中,SiC MOSFET特性直接影响Si/SiC混合器件的性能,对基于不同类型SiCMOSFET的Si/SiC混合器件的特性差异分析极为必要。该文对比分析基于新型集成结势垒肖特基二极管(JBS)的SiCMOSFET(SiCJMOS)的Si/SiC混合器件(HySJ)和基于传统平面栅SiCMOSFET的传统Si/SiC混合器件(HySD)的特性差异。对比分析2种混合器件的导通特性与开关特性,结果表明,与HySD相比,HySJ具有更低的反向导通压降,更好的反向恢复性能和更小的开通损耗。建立适用于2种混合器件单相逆变器损耗模型,对比分析2种器件在逆变器应用中的损耗差异。设计基于2种混合器件的5kW单相逆变器样机,对比应用2种混合器件的变换器损耗、效率及器件结温。实验结果表明,在轻载条件下,与HySD方案相比,HySJ可以实现最大0.5%的峰值转换效率的提升。

数控凸轮轴磨床工件旋转轴转速优化方法

根据恒磨除率原理,建立了凸轮轴磨削数学模型。通过对凸轮轴数学模型的分析以及系统驱动能力的限制,确定了工件转速非圆段的降速比与砂轮水平进给的最大速度、最大加速度、最大加加速度。提出砂轮进给正、反向同步加减速的控制方法,动态地求解正反向插补会合点同时达到最大进给速度,实现凸轮旋转的最优速度插补。将上述算法进行编程与仿真,并运用到YTMK-CNC8336-16数控凸轮轴磨床加工中。试验结果表明:采用该方法磨削的凸轮轴升程误差可控制在?0.015 mm以内,工件表面粗糙度达到Ra0.25μm,非圆磨削段加工效率提高了30%,实现了凸轮轴的精密高效磨削加工。

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。

单相并网变流器的离散PR控制设计

针对单相并网变流系统采用传统的比例积分(PI)控制器在跟踪并网电流指令时存在稳态误差,以及传统的比例谐振(PR)控制器在离散化过程中存在谐振点偏移的缺陷,提出一种新的离散比例谐振(DPR)控制器。该控制器包含比例项,前馈项和谐振项。谐振项采用一组离散二阶状态方程实现,替代传统PR控制器离散化后的二阶差分方程,能使控制器具有无静差的稳态特性。与传统PR控制器相比,由于谐振项直接采用离散状态方程实现,DPR控制器不会因为离散过程导致谐振点偏移而影响控制器性能。最后通过实验验证了该方法的有效性。

SiC GTO晶闸管技术现状及发展

近年来,基于宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)的高压功率器件迅速发展。在SiC高压功率器件中,门极可关断晶闸管(GTO)具有高阻断电压、大电流、快速关断、低正向导通压降以及耐高温等优点。文章主要阐述了SiC GTO在衬底材料、外延材料、载流子寿命和阻断电压等方面近十几年的发展历程和现状;介绍了具有改良SiC GTO开关特性的碳化硅发射极关断晶闸管(SiC ETO)的特性及其结构和原理;分析了6 500 V SiC ETO的正向导通特性和阻断特性,并通过实验验证了其快速关断特性。最后从器件及其应用的角度提出了SiC GTO晶闸管技术未来发展的方向。

电网基波无静差正交正弦波观测技术

快速准确地获取电网相位、频率等信息,对并网逆变器控制具有重要意义。在单相并网系统中,由于缺少与电网电压相互正交的正弦量,无法直接构建基于同步旋转坐标系的同步锁相环来获取电网相位信息。对此,提出一种无静差的正交正弦波观测器技术,可以无静差地提取电网基波和与电网基波相互正交的正弦量,并以此构建单相同步锁相环,实验验证了该方法的有效性。

三相电网正负序观测器技术

快速准确地获取电网基波正、负序分量及各次谐波分量,对并网变流器在电网非理想工况下的控制具有重要意义.为此,提出一种能够快速精确的提取电网基波正序、负序及各次谐波分量的正负序观测器技术.采用现代控制理论的状态观测方法,观测器在两相静止坐标系下实现,包含基波和各次谐波子观测器,能区分正、负序信号,可直接提取,无需额外正负序分离,不需要进行实时三角函数运算,易于数字实现.仿真和实验结果表明,文中提出的方法能够在电网不对称与存在谐波干扰的情况下准确提取出基波及各次谐波正负序分量,并且具有良好的动态性能.

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管短路特性

器件的短路能力对整流器及其故障保护具有极其重要的意义。当器件故障运行时,为避免器件损坏,须在最短的时间内将故障予以切除,而此时器件的最大短路运行时间为系统保护装置提供了有力的时间支持。主要研究了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(Si C MOSFET)在短路条件下的运行能力,以Cree公司的1 200 V/19 A Si C MOSFET为模型,设计了硬件电路,测试其不同电压等级下的短路电流;并在直流电压等级为600 V的条件下,测试了不同栅极电压、不同温度工况下的短路电流。研究结果表明器件的短路峰值电流随着栅极电压的升高而增大,而其短路运行时间却大幅降低;温度对短路运行时间的影响则相对不甚明显;同时还给出了器件在不同工况下的最大短路运行时间Tsc(max)。

Si/SiC混并联结构主动温度控制

Si/SiC混并联结构以更低的成本,提供了接近全SiC器件的性能,因此Si/SiC混并联结构逐渐成为新的研究热点。目前,Si/SiC混并联结构研究大多集中于如何减小损耗。然而,在Si/SiC混并联结构损耗优化过程中,作为辅助器件的小电流SiC MOSFET可能出现温度过高甚至超过最高结温限制的问题。为此,提出了一种适用于Si/SiC混并联结构的主动温度控制方法,以减小混并联结构由于内部两器件结温差异大带来的器件过温风险,提升器件运行的可靠性。