实际应用条件下Power MOSFET开关特性研究(上)

针对实际应用中Power MOSFET开关工作状况与现有文献的描述有很大不同,使用不当易造成器件的损坏和设备的崩溃这一现象,在应用条件下对Power MOSFET开关特性进行了研究,深入分析了Power MOSFET的开关过程,提出了关于开关过程四阶段的新观点,并采用对开关过程的等效输入电容进行分段线性化的新方法对不同阶段的开关参数进行了计算,搭建了开关特性实验电路,实验结果表明,提出的Power MOSFET开关过程四阶段的新观点是正确的,等效输入电容分段线性化的新方法是合理的。

单开关谐振脉冲电源的过电压抑制

单开关谐振电路只需使用一个开关即可产生高压脉冲,然而当开关在谐振电流为正关断时会产生关断过电压,使开关损坏。为解决该问题,可在开关两端并联RCD(Resistance-Capacitance-Diode)吸收电路或在变压器原边并联R-D(Resistance-Diode)续流支路。但在高压脉冲条件下,这两种过电压抑制电路在不同负载下的带载特性以及效果优劣不明确。文中对比分析了两种电路的过电压抑制机理、参数选择依据、过电压抑制效果和元器件功耗。结果表明,含R-D支路的电源开关过电压与漏感电流和支路电阻R成正比,若R较大,其过电压系数大于含RCD吸收电路的电源。若R较小,元器件功率损耗较大。在高压脉冲电源中,RCD吸收电路的电容不需要在开关导通时将电放完。由于漏感限制,谐振脉冲电路在短路时电流不会过大而烧毁开关。同时,在驱动容性介质阻挡放电时电流能够自动反向,可实现零电流关断。

基于开关状态预测矫正的高频电力电子变换器实时仿真建模方法研究

针对二值电阻(R_(on)/R_(off))开关模型固有的迭代计算问题,该文提出一种适用于高频电力电子变换器的实时仿真建模方法。该方法采用后向欧拉方法离散系统状态变量,消除模型潜在的数值振荡。同时,通过匹配门控信号以及自然换向过程中半桥开关状态组合的预测值与历史值,进而获得准确的系统开关状态组合,为系统提供精确的非迭代解。最后,该文给出所提建模方法的现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)硬件实现方案并实时测试开关频率100与500kHz的LLC谐振变换器,实时仿真步长达到20ns。与已有取消R_(on)/R_(off)开关模型迭代计算的建模方法相比,该文所提建模方法在高精度建模的同时,实现更低的实时仿真步长并且大幅降低FPGA硬件资源占用率。

基于干扰观测器的MMC-PET交直流混合微电网并网/离网切换控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提出了一种基于扰动观测器(disturbance observer,DO)的并/离网切换控制策略。在该策略中,通过采用DO观测器对并离网切换引起的突变电流跟踪,并将实际电流与理论电流的差值作为等效干扰量,再将其输入到电流内环控制器进行补偿,从而可实现对突变电流的抑制。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了MMC-PET交直流混合微网系统,并在并网-离网、离网-并网的两种切换工况下,通过把加入DO观测器与未加入DO观测器两种情况进行仿真对比,验证了所提的切换控制策略的有效性和可行性。

采掘工作面隔爆开关开门联锁断电装置应用

基于传统采掘工作面隔爆开关采用独立的隔离断电装置,断电工序繁琐、安全系数低,实现开关前门和两个送电操作手柄的开门断电闭锁,保证先分断控制开关,切断控制回路电源,韩家洼煤矿通过技术研究,对煤矿采掘工作面隔爆开关安装了一套开门断电安装装置。分析了该装置结构及工作原理,并通过实际应用效果来看,该装置动作灵敏可靠,联锁断电效果好,取得了显著应用成效。

电力系统继电保护故障分析与处理措施

继电保护是电力系统的主要组成部分,与电力运行质量息息相关.简单介绍了电力系统继电保护组成,分析了电力系统继电保护故障,并从潜在故障、运行故障等方面对电力系统继电保护故障处理措施进行了进一步探究,希望为电力系统继电保护故障处理提供一些参考.

110 kV变电站倒闸操作存在的问题及优化

在110 kV变电站中,倒闸操作是一项非常重要的工作,其直接影响着电网系统的安全稳定运行。但由于倒闸操作是一项非常复杂繁琐的工作,稍有不慎会出现各种问题。因此,文章重点对110 kV变电站倒闸操作中存在的问题进行了分析,并提出了相应的优化对策,以保障电网系统的安全稳定运行。

零电压导通、零电压关断单管无线电能传输电源

基于一款新型单管互感耦合式无线电能传输电源,其开关管可同时实现零电压导通和零电压关断。本文介绍了该电源的系统结构,论述了电能传输的工作过程及软开关的控制方式和方法。采用互感模型法对主电路进行了建模,给出了其等效电路,推导了主电路的电压增益,并绘制了电压增益随谐振网络参数变化的曲线。给出了一二次谐振频率的设定方法及二次输出电压的控制方法。对所研究的新型无线电能传输电源进行了软开关实现、功率传输、效率及功率因数等仿真,并制作了一台额定功率为1k W的样机,记录了功率传输过程中软开关及其控制波形,做了效率和功率因数随一次、二次线圈位置变化等实验。仿真及实验表明了所提出的电路拓扑及其控制方法的可行性和正确性。

离线式PWM开关电源传导电磁干扰的分析研究

该文利用分析和测量相结合的方式,详细研究了一台离线式PWM开关电源的传导电磁干扰(EMI)特性。在分析各个器件作用的基础上,得出了反映典型电磁干扰发射时,传导干扰发射量、干扰源和干扰传播通道关系的线性化方程,进而提出了测量典型传导干扰耦合通道特性的新方法,并进行了验证。利用测得的传导干扰耦合通道特性,具体分析了PWM开关电源高频功率开关器件中dv/dt、di/dt对传导干扰发射的作用。根据变换器主要的杂散参数和共模干扰的基本传播途径,可得出低阶的等效共模传导干扰模型,以指导电源滤波器的设计。

基于层次分析法的临时限电计划综合决策

从定性与定量相结合的分析方法出发,提出了基于层次分析法的临时限电计划综合决策方法。针对所构造的临时限电问题的递阶层次结构特征,在处理各个因素不确定性方面,将相对标量和绝对评分相结合,并综合使用分配型权重和准则型权重两种方法以产生更为合理的综合权重。最后,通过一个简单算例说明了所提出方法的基本特征。

直流闭锁后风电送端系统暂态稳定及控制策略研究

直流闭锁会严重冲击大规模风电特高压交直流外送系统(WIND-UHVDC/AC)送端暂态稳定性。为提升送端系统暂态稳定性,首先推导了风电外送系统送端同步机电磁功率解析表达式,基于等面积准则(EAC)分析了直流闭锁后双馈风电机组(DFIG)功率速降对系统功角稳定性影响的影响机理,提出了风电功率速降控制策略;其次,基于直流闭锁及切除电容器对系统暂态电压特性影响机理的分析,提出闭锁后保留部分整流站电容器的控制策略,以提升交流外送线路暂态电压稳定,并分析了电容器切除延时变化对系统功角稳定性的影响;最后,通过西北电网实际风电外送系统仿真和对比,验证了直流闭锁后风电功率速降能够提升送端功角稳定性,保留整流站部分电容器能够提升交流外送线路暂态电压稳定,且对送端系统功角稳定性影响较小。

开关电源的节能新技术

开关电源被誉为高效、节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。采用开关电源可有效减小功率损耗,通过外围电路还可进一步提高电源的工作效率。文中介绍了TOPSwitch系列和TinySwitch系列新型单片开关电源在节能、降耗方面的新技术,包括低功耗待机、远程通/断控制、跳过周期、轻载时自动降低开关频率,最后阐述了提高开关电源效率的几种方法,为设计节能型开关电源提供了依据。

改进式晶闸管串联调压电容无功补偿装置的断态过电压仿真

改进式晶闸管串联调压电容无功补偿装置的晶闸管开关带电断开时,要承受危险的断态过电压,为保证装置的安全运行,阐述了晶闸管断开时过电压产生的原理及状态。对装置投入、换级以及故障等各种工况下断态过电压的大小进行了理论分析,用电磁暂态分析PSCAD/EMTDC软件对典型工况的断态过电压进行了仿真分析。采用氧化锌压敏电阻过压保护后,重新对严重故障时的断态过电压进行了仿真。结果表明,装置投入、换级等正常操作时,晶闸管开关断态过电压不高;但在装置故障时,会出现严重过电压,若过压保护动作后,断路器在0.1s内跳闸,压敏电阻通流容量不很大。

EAST托卡马克大功率双向直流快速晶闸管开关可靠关断理论分析及参数优化设计

对EAST托卡马克极向场电源系统的关键设备之一——大功率双向直流快速晶闸管开关的基本工作原理,即强迫换流技术进行深入的理论分析,得出直流晶闸管开关可靠关断理论判据。并在此基础上进行了参数的优化设计。最后对换流支路分布电阻对关断特性的影响进行了分析。所有这些工作为大功率双向直流快速晶闸管开关的研制成功提供了坚实的理论保证。

微电网运行与平滑切换的控制策略

将微电网的运行过程分为4个阶段,对每个运行阶段设计了详细的控制策略,通过中心控制器的控制调度,解决了微网内的功率平衡,由并网到离网的平滑切换以及重要负荷不间断供电等技术难题。

一种新型低压永磁真空开关控制器的研制

为了实现永磁开关的准确控制,以DSP2812为核心,设计了一种新的控制器。详细介绍了控制器的硬件和软件系统设计;硬件部分包括控制芯片、电源电路、分合闸桥式电路、驱动电路以及通讯单元等设计;软件部分包括零点提取和工作流程图。在低压无功补偿装置上进行了分合闸试验,给出了实际测量波形,并进行了相关分析,验证了该控制器的可靠性。

电动摩托车用无刷直流电动机控制器设计

介绍了一种以开关电源、PWM调制芯片、硬件逻辑门电路等组成的无刷直流电动机控制器,用以控制大功率电动摩托车用电动机。系统采用过流、过压保护和电流截止负反馈等电路来提高运行可靠性。实验证明,该控制器结构紧凑、功能完善,且成本低廉、可靠性较高,实现了控制大功率无刷直流电动机的目的,达到电动摩托车连续调速的要求。

单片机控制的全桥移相式LED井下照明电源设计

针对大量使用LED灯安全照明的煤炭矿井,提出基于数控调光技术的集中照明方案,设计了能同时驱动60根LED日光灯的大功率开关电源,研究了开关电源的软开关技术,使用具有移相功能控制芯片UC3875设计ZVC开关电源并与Atmega16单片机构成闭环控制系统,由单片机输出PWM控制信号对开关电源输出功率进行调节,以实现LED日光灯调光及远程控制。

大功率整流器换流问题研究

理论上分析了大功率整流电路换流过渡过程,分析了换流过电压、关断功率与阻尼电路参数间的相互关系,提出换流过电压和关断功率的计算方法与计算公式,进一步探讨了如何合理配置阻尼保护电路参数。特别指出在大电流瞬时关断功率比换流过电压具有更大的危害性。为消除元件在换流过程中的关断损坏,还推荐一种改进型整流电路。

伪火花放电开关电压跌落过程实验研究

设计了典型参数下的伪火花放电开关,进行了空气介质下的电压特性实验,给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线;测量了产生伪火花放电的气压范围(1～29Pa)和单间隙伪火花放电开关耐受电压的最大值(40kV),测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压(29Pa),并对实验结果进行了理论分析。研究了伪火花放电开关电压跌落时间与放电电压的关系,首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段,讨论了放电电路参数,气体压力,开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响。实验表明,在气压和开关结构不变的条件下,暂态过程时间由放电电压决定,电压越高,则所需时间就越短;稳态过程时间由放电电路参数决定,不受放电电压影响。