采用脉冲阶梯调制技术的50kV、100A直流高压电源设计

EAST实验装置的辅助加热系统大功率直流高压电源要求调节方便、响应快捷和故障快速关断,为提高其输出参数而设计了一套50kV、100A等级的高压电源。该电源采用脉冲阶梯调制技术,利用50个不可控整流电源模块串联,控制各模块的开通和关断使输出电压在0～100%范围内调节,可实现快速动态响应和μs级的关断时间。模块串联运行和故障短路的测试结果表明其最大运行参数达57kV、108A,满足该系统的要求。

基于Fluent的IGBT模块散热器的优化设计

随着新能源电动汽车功率控制器中的IGBT模块向着微型化、集成化方向发展,功率密度增大会导致芯片发热量大幅度增加,降低模块的可靠性。优化英飞凌IGBT模块的散热器结构,以提高散热器的散热性能。设计开口角度为63.256°供冷却液流通的进口和出口,在散热器前、中、后位置设计直径为4~5.5 mm、叉分式排布的扰流柱。利用ANSYS仿真软件,通过计算流体动力学(CFD)的流固耦合传热计算模型进行仿真分析。仿真结果表明,采用新型叉分式结构散热器的IGBT模块的最高温度为85.10℃,最低温度为65.28℃,平均温度为78.81℃,均低于传统均分式结构散热器模块。搭建实验平台对IGBT模块散热器的散热性能进行检测,实验结果表明新型叉分式结构散热器散热效果良好,有助于提升IGBT模块的可靠性。

660 MW二次再热供热机组AGC调节精度考核分析及处理

基于江苏电网自动发电控制(AGC)调节精度考核的相关准则,研究了某660 MW超超临界二次再热机组AGC调节精度考核,分析了该机组AGC调节精度被考核的原因,提出了利用供热负荷修正主蒸汽压力和提高机组AGC变负荷速率来优化机组AGC调节精度的措施。相关措施执行后,机组负荷跟踪AGC指令良好,AGC调节精度显著改善,极大地提升了机组运行的经济性和电网的稳定性。

冰箱变频IPM控制器热沉传热分析与优化

针对冰箱应用中对电控系统变频板及主控板集成度和轻量化要求越来越高,带来的冰箱电控元器件如智能功率模块(IPM)散热恶化等问题,运用ICEPAK热仿真方法,对IPM模块热沉进行了优化设计。同时,对IPM热沉翅片方向、翅片间距、翅片表面处理方法等对智能功率模块温升的影响进行了数值研究。得到相对于垂直重力方向,翅片方向平行于重力方向时,散热效率提升9%;热沉平均温度随翅片间距的增大呈现先下降后升高的趋势,存在最优翅片间距;此外,相对于翅片表面突起工艺,翅片表面发黑处理对智能功率模块温度影响更大,散热效率提升16.6%。最后,对设计的最优翅片结构进行了实验验证,温度满足限制要求。设计得到的翅片热沉性能更优,重量更轻,具有更高热效率和经济效益。

一种基于顶部热沉的抗辐射POL电源设计

针对卫星装备的小型化、整机系统的轻量化需求,提出一种基于顶部热沉的抗辐射POL电源设计方案,重点讨论了电路设计、结构设计、工艺设计。通过仿真分析、样品测试及评估试验,验证该设计的合理性。基于该方案设计的样品在体积、功率密度、重量等方面优势明显,可为宇航用高可靠、高性能电子装备系统提供微型化、轻量化的三次电源解决方案。

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。

PSM高压脉冲电源用多绕组变压器分布参数的分析

为保护PSM高压脉冲电源的大功率微波管、回旋管和离子源这类负载的安全,要求该电源系统在打火时注入负载的能量非常小,而保护时系统对负载的释能主要由滤波电容和系统分布参数提供。由于滤波电容的储能大小一定,因而多副边绕组变压器的分布参数,尤其是分布电容的大小对该系统的储能大小有极为重要的影响,为清楚了解这一影响,通过仿真分析得到分布电容电压与电源输出电压的对应关系以及系统储能大小与分布电容大小、输出电压的对应关系。根据系统所要求的储能大小确定分布电容的最大值,在此基础上研制了多副边绕组变压器并进行PSM单元的初步调试实验,测得了单元系统的分布电容大小。实验结果表明所研制的多副边绕组变压器的分布电容能够满足该系统的要求,整个系统的构建是合理可行的。

电子回旋共振加热系统中阳极高压电源研制及其控制技术

电子回旋共振加热系统在磁约束核聚变实验研究中有着很重要的作用。回旋管阳极供电需具备幅值快速可调、高稳定度以及波形前沿可变等条件。使用场效应管与快恢复二极管为主要器件研制出开关模块;在电路结构上将59个SM模块与同电压等级的1个BUCK电路依次串联起来。通过分别使用脉冲步进调制与高频脉冲宽度调制控制技术,实现输出幅值连续可调;并且研究了2种调制的控制方法,让输出波形的前沿时间既可在3 ms之内缓慢步进上升,也可以在60μs内快速输出。所有模块由数字信号处理器(DSP)控制的高频逆变电路实现恒压供电。样机实验结果证明:研制的电路与控制方法可行,整个电源输出的电压最大达到36 k V,电流200 m A,且全量程范围内连续可调,稳定度<1%。最大调制频率可以达到1 k Hz,可以在20μs完成各种关断保护,完全满足回旋管装置要求。

模糊控制在感应加热电源调功中的应用研究

在比较各种感应加热电源功率调节方式的基础上,介绍了一种基于模糊控制的移相调功方式。研究了模糊控制技术在感应加热电源调功中的应用。与传统的控制策略相比,模糊控制具有不依赖控制对象精确的数学模型,较强的鲁棒性,控制方式简便等优点。采用高速IGBT开关器件设计了一台10kW/30kHz的感应加热电源样机。试验结果表明,该样机可获得良好的动态特性,具有稳态精度高,功率调节范围宽,工作稳定可靠的优点。

EAST离子回旋加热系统高功率射频放大器阳极电源的研制

离子回旋共振加热是EAST超导托卡马克核聚变实验中重要的辅助加热手段。高性能的高功率射频放大器阳极电源对整个加热系统的稳定运行起重要作用。本工作设计了基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的阳极电源及其控制保护系统,通过采集电源的实验数据对电源的设计进行了验证。实验结果证明,本阳极电源的设计和参数选择均是合理正确的,电源的开通和关断以及控制保护的数据指标完全达到设计要求。

基于动态网络可替代IC卡模块的集中供暖系统调整

将用户热量表联接成动态监控网络,设计了网络总线供电和电池供电的双供电系统.通过动态网络查询法实现新的预付费功能,避免了用户用热而逃避付费的可能性,使其成为一种新型的低成本预付费热量表系统.该系统有效克服了IC卡式预付费热量表本身的缺陷.

PDM感应加热电源中品质因数对负载电流的影响

介绍了脉冲密度调功(Pulse Density Modulation,简称PDM)的原理,由于PDM在品质因数较小时,负载电流波动很大,因此采用均匀PDM方法进行改进,推导出品质因数与谐振周期数的关系。通过给定品质因数,可以很方便地计算出一个工作周期内的最小脉冲密度,从而避免过小的电流流过负载,使负载电流连续,保证对负载谐振频率进行可靠跟踪。经过仿真和试验验证了该分析的正确性。

大功率电源模块的散热设计

用传统的热设计理论及经验公式对电源模块内的四个50W大功率管进行了散热设计,应 用热分析软件Icepak对理论计算进行了校核,并对方案进行了优化设计。

无刷电动舵机功率驱动电路发热特性分析

针对小型大功率无刷电动舵机由于大电流、高功率密度引起的散热困难问题,开展其功率驱动电路发热特性研究。根据所使用的H-PWM-L-ON型半桥调制模式,分析了IGBT三相桥式功率逆变电路的功率损耗,基于RC热网络模型方法建立了该电路的热传导模型,并使用英飞凌FS50R06W1E3型功率模块开展了功率驱动电路发热特性仿真分析和实验验证。结果表明,所给出的功率驱动电路功率损耗分析结果合理可信,通过该热传导模型可有效计算功率器件工作温度。在无刷电动舵机设计过程中,可使用此方法进行功率器件工作温度计算,在确保低于最高工作结温的情况下提高可用输出功率。

基于脉冲步进调制技术的ECRH全固态阳极高压电源控制系统设计

电子回旋共振管是产生高功率毫米微波的真空电子器件,在可控热核聚变研究、雷达等领域中有重要的应用。针对可控热核聚变研究中1 MW/105GHz回旋管加热系统阳极电源幅度可调且调制的要求,使用高频开关电源技术和脉冲步进调制技术(PSM)研制了全固态阳极高压电源。重点阐述了阳极高压电源实现稳压、调制、前沿时间可调功能的软件控制算法,并通过实验对设计进行了验证。该阳极高压电源具有单脉冲、多脉冲调制和六电平预置波形等3种模式输出功能;输出参数达到35kV/200mA,波形前沿3ms内可调,最大调制频率为1kHz,调节精度在100V以内。设计的控制方法也可应用于其他大功率微波源。

TIG弧焊逆变电源的可靠性设计探讨

钨极氩气保护焊(TIG焊)几乎可以用于所有金属和合金的焊接,焊缝成型优良,在工业生产中得到广泛的应用。针对钨极氩弧焊逆变电源,进行了电磁防护、热设计、保护电路等可靠性设计研究。

感应加热淬火炉温度控制系统研究

根据感应淬火的工艺要求,设计了控制系统的电源,感应淬火涉及电磁及相变等物理过程,保证在一定精度的前提下,建立一种模糊控制的Buck电路闭环调功方式,分别用不同的控制方案对淬火温度进行控制,仿真结果表明,模糊控制性能优于常规PID控制。

大功率LED模组散热基板结构研究

大功率LED模组散热直接影响其光效和使用寿命。通过建立相应的有限元模型,运用有限元(FEM)分析方法,对大功率LED模组温度在散热基板内的分布进行模拟计算,采用嵌入高导热环的基板结构,提高大功率LED模组的散热效率。在此基础上,结合实际工艺,对高导热环结构参数的影响进行了详细分析,使导热环的尺寸和基板的散热效率达到最优。

基于FPGA的均匀PDM感应加热电源的研究

针对传统脉冲密度调制(PDM)调功方式的不足,提出了一种均匀脉冲分配方法,使得控制脉冲在一个工作周期内分布更加均匀,并在现场可编程门阵列(FPGA)内采用状态机的方法产生了此均匀控制脉冲。最后通过感应加热电源实验样机对结果进行了验证。

脉冲调制高压电源高频化改造的仿真分析与实验

对HL-2A装置原有的高压电源进行了高频化改造,改造后的单元电源采用脉冲步进阶梯调制(PSM)技术,采用24个不可控整流电源模块与4个调节电源模块串联输出,通过控制各模块的投入切出,使输出电压范围在0～20k V可调,模块开关频率最高可以达到20k Hz。通过仿真和实验测试结果表明,该电源运行参数可以达到20kV/200A,开关频率最高达到了20kHz,能够满足系统的实验需求。