压控型脉冲功率半导体器件技术及应用

近年来,采用新一代半导体开关替代传统气体或真空开关是脉冲功率系统的一种重要发展趋势。为了给脉冲功率半导体器件领域的技术发展提供参考,简要介绍了压控型脉冲功率半导体器件技术的发展历程,总结了MOS栅控晶闸管(MCT)在器件设计、工艺和可靠性等方面的研究进展,同时通过比较MCT与一般商业IGBT器件,阐述了MCT相比于其他功率脉冲半导体器件的优劣情况,并结合典型应用场景展示了MCT器件的优势,对压控型脉冲功率半导体器件的发展趋势进行了简要分析。

单相桥式全控整流电路晶闸管续流问题分析

本文以晶闸管单相桥式全控整流电路为研究对象,简述单相整流桥的工作原理及其特点,分析续流电阻在整流电路中的作用,分别从整流桥整流和逆变两种状态入手,研究续流电阻在不同工况下的工作原理及其对电路输出波形的影响,并通过Matlab仿真和现场试验对续流电阻的作用进行验证,以期为工程现场续流电阻的准确选取提供依据。

晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略

现有三相交直交变频电路中大多使用IGBT作为电力电子器件,为了进一步降低低压大容量变频器设备成本,减少IGBT的使用,提出了一种晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频电路结构及四开关八电压矢量直接转矩控制策略.首先分析了利用IGBT辅助晶闸管关断的三相电机两相变频电路结构,并分析了不同开关状态下的瞬时电路工作原理,给出三相四开关拓扑下的八电压矢量生成方法;其次提出四开关八矢量异步电机直接转矩控制策略,并给出扇区划分、电压矢量选择和电压矢量伏秒生成原理;最后通过仿真实验验证所提策略的正确性和可行性.仿真结果验证了上述电路结构和控制方法的有效性.

用于直流可控避雷器的晶闸管控制单元设计

基于晶闸管的直流可控避雷器是混合级联特高压直流输电系统的关键设备,而晶闸管控制单元(thyristor control unit,TCU)作为其核心开关器件晶闸管的驱动控制装置,对于直流可控避雷器晶闸管的可靠运行起到十分重要的作用。直流可控避雷器的晶闸管工作在高压直流的条件下,其TCU的设计有别于常见的工作于交流电压条件下的晶闸管阀。文中首先介绍了直流可控避雷器的工作原理,接着分析了可控避雷器晶闸管TCU的工作原理,将TCU分为五大电路功能模块,并给出了各个电路功能模块的设计方案,实现了直流工况下晶闸管的触发控制。根据某实际工程直流可控避雷器提出的TCU设计需求,设计了样机,并通过试验验证了设计的合理性。

双芯IGCT浪涌电流鲁棒性研究

作为晶闸管类器件,双芯集成门极换流晶闸管(Dual IGCT)必须具备的抗浪涌电流能力研究鲜见报道。基于多单元集成的器件仿真结构模型,揭示了Dual IGCT在浪涌电流下工作时,总电流在GCT-A部分和GCT-B部分间的分配比例会随晶格温度升高而减小。在此基础上,分析了寿命控制技术对Dual IGCT浪涌鲁棒性的影响。结果表明,增大GCT-B的载流子寿命可以提高器件的浪涌鲁棒性,但同时会增大器件的功耗;而在对GCT-B进行载流子寿命控制时,引入具有较大寿命对温度依赖系数的复合中心,可以有效提高Dual IGCT浪涌电流鲁棒性,同时不影响器件的其他性能。最后,提出了一种工艺成本较低的阳极短路Dual IGCT新结构,其在浪涌电流下的晶格温升与传统的Dual IGCT相比大幅减小(约150 K),呈现出极高的抗浪涌能力。

模拟换流阀长期运行工况的高压大功率晶闸管电热联合老化系统研制

近年来国内多个直流换流站发生严重事故,经调查发现事故起因多为长时间运行的换流阀晶闸管发生不同程度的老化甚至绝缘能力丧失。掌握晶闸管参数退化规律是开展晶闸管运维监测、预防此类事故继续发生的基础。因此为了深入了解换流阀晶闸管老化过程中特性参数退化规律与老化机理,首先需要搭建试验所需的模拟换流阀运行过程的晶闸管老化试验装置。文中首先分析了换流阀晶闸管的实际运行工况,并基于此设计了晶闸管电热联合老化主电路,接着对电路中涉及到的控制单元,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的驱动电路与晶闸管的触发电路进行设计与搭建,并基于晶闸管的实际运行工况设计了晶闸管结温控制系统。为了获得晶闸管老化过程中特性参数的退化规律,设计了晶闸管漏电流在线监测系统与反向恢复离线测量系统。经过检验,各个模块以及主电路均能够保持长期稳定运行,为换流阀晶闸管的老化试验打下了良好基础。

基于自耦变压器结构的双调节式矿用消弧线圈研究

该文设计一种带有三次绕组的自耦变压器结构矿用消弧线圈,二次绕组接晶闸管投切电容电路,第三绕组具有高短路阻抗特性,输出端接反并联晶闸管,对消弧线圈进行细调。通过系统双调节回路的协调控制,可实现变压器消弧线圈的大范围连续调节。对消弧线圈的运行参数、控制策略以及调谐方法进行深入的研究分析。这种消弧线圈具有响应速度快、连续调节范围宽、谐波小、伏安特性好及补偿精度高等优点。MATLAB仿真验证新型矿用消弧线圈的合理性和优越性。

基于CMC芯片的充退磁控制器设计

本文介绍了一种新型充退磁控制器,该充退磁控制器以国内自主研发的CMC芯片为主控芯片进行开发,支持采用满足IEC 61131-3《可编程逻辑控制器》标准的5种编程语言进行客户程序开发。本文介绍了该充退磁控制器的工作原理、主要结构以及主要功能。该充退磁控制器支持多级模块扩展,实现多路磁板的充退磁控制。经测试验证,该控制器通过PWM波控制晶闸管通断,可完成精准的充退磁控制逻辑,使被控磁板产生稳定的磁力,响应迅速。

基于电力模拟信号的井式电炉启动控制方法研究

井式电炉启动过程需要快速将温度升至设定值,以满足生产需求。然而,由于受电炉电流和转速等因素的限制,会导致超调量较大的问题出现。为了降低井式电炉启动控制超调量,提出一种基于电力模拟信号的井式电炉启动控制方法。电力调整器利用信号采集器采集井式电炉转速与电流的电力模拟信号,并通过A/D转换单元将其变为数字信号;微处理器利用增量式比例、积分、微分控制技术,结合数字信号,输出井式电炉启动控制信号;晶闸管驱动单元接收井式电炉启动控制信号后,驱动交流晶闸管,调整晶闸管导通角,启动井式电炉;利用电流检测单元,实时检测井式电炉启动电流,当启动电流过大时,利用过载/短路保护单元,关断晶闸管,防止晶闸管过热损坏;当启动电流正常时,利用其恢复电力调整器的井式电炉启动控制功能。实验证明:该方法可有效实现井式电炉启动控制,且井式电炉启动过程平稳;当突加负载时,该方法的井式电炉启动控制超调量较小,具备较优的井式电炉启动控制性能。

特高压分级式可控高抗的集约化设计与应用

特高压分级式可控高抗(HCSR)解决了固定高抗在限制过电压和无功补偿方面无法兼顾的矛盾,其系统调控的灵活性高,为特高压交流电网的安全、稳定运行提供了保障。HCSR各个分设备不仅具有特高压设备重量重、体积大、结构复杂等特点,分设备之间的集成设计、绝缘配合均会导致建设用地需求大幅增加,这与国家严控建设用地增量的政策存在偏差。为此,本文充分考虑户外环境因素的影响,合理利用立体化空间设计理念,创新性提出了取能电抗器区域转接母线垂直设计,以及成套装置局部GIS设计的集约化设计方案。在合理控制设备和工程建设成本的前提下,优化解决了其粗放型使用建设用地的问题。采用集约化设计后,HCSR占地可节约25%左右,效果显著。

1580mm热轧带钢35kVTCR型静止型动态无功补偿装置(SVC)介绍

1580mm热轧带钢35kV电源供电系统主要负荷为9台6000kW交-交变频主传动轧机、2台1200kW直流传动立辊轧机、1台1500kW直流传动转鼓式飞剪,为了控制轧机注入系统的谐波电流量,抑制电压波动,提高功率因数,保证轧钢过程稳定、节能、提高轧机效率,并保证轧机供电设备本身及其他用电设备的安全运行,在供电母线安装一套SVC无功补偿装置,进行电能质量治理。

防溜车控制系统的微机触发电路设计及可靠性分析

盾构施工过程中,当轨道坡度较大时,电瓶车会发生溜车现象。针对防溜车控制系统,对晶闸管微机触发电路进行可靠性预计,有助于提高电瓶车运行的可靠性,有效减少安全隐患。采用可靠性框图分析方法建立可靠性数学模型,通过应力分析法,对每一个单元进行了可靠性预计。分析结果表明:晶闸管微机触发电路在工作2000 h以内,其可靠度为97.36%。说明优化的防溜车控制系统能够按照要求安全可靠制动,达到了盾构施工过程要求。

电力潮流灵活控制技术应用综述

统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)、静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator, SSSC)、可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensation, TCSC)和移相器(phase-shifting trans former, PST)能够调节线路参数、灵活控制潮流变化,均已在国内外电网中实现工程应用,对均衡输电通道潮流、提升供电能力有重要作用。文中对UPFC、SSSC、TCSC和PST的理论研究和工程实践进行了综述。首先,分析了4种潮流控制装置的基本结构和控制原理,并介绍了国内外已投运工程的运行情况;其次,从结构、换流器技术、选址定容、控制策略、故障保护5个方面对潮流控制装置的关键技术研究现状进行概述;最后,展望了潮流控制装置在未来电网中的典型应用场景,并对潮流控制技术的研究方向进行了分析。

PWM方式控制能量输出问题研究

对于控制电能的输出电路,在工程中一般是通过调整脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)的占空比来控制流向负载的能量。但在实际应用中,如果在控制输出电路时不考虑能源的交直流形式,可能会出现占空比变化晶闸管的输出不发生变化,从而导致被控负载失控的问题。为解决此问题,分别研究了PWM控制直流负载和交流负载方式,分析了不同PWM周期和占空比下负载获取交流电压的情况,提出了PWM控制晶闸管电路有关参数的配置方法。最后,通过水循环温度控制系统进行测试,测试结果表明,该方法实现了温度精准稳定的控制,能够为该领域内从事相关工作的工程师提供参考。

基于节点功率注入的双芯对称型晶闸管可控移相器机电暂态建模

晶闸管可控移相器(thyristor controlled phase shifting transformer,TCPST)具有快速响应特性,可用于提高系统稳定性。为实现含柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)设备的大规模电力系统暂态稳定计算,提出了TCPST的机电暂态仿真模型。考虑TCPST的电气部分和控制结构,通过模型等效和等价变换,推导了TCPST节点功率注入模型的数学表达式,并建立计及附加阻尼控制器的档位控制模型。此外,针对TCPST仿真模型中档位离散切换特性所带来的数值振荡问题,提出了利用滤波环节处理注入功率的抑制方案。最后在交直流电力系统计算分析软件中搭建了TCPST的机电暂态模型,并将模型应用到南方电网的算例中。通过算例系统的DSP、BPA和PSCAD仿真计算结果比较,验证了所搭建模型的准确性,且该机电暂态建模方法可为其他FACTS设备的仿真建模提供参考。

一种具有n型隐埋载流子存储层的BRT新结构

提出了一种具有n型隐埋载流子存储层的基极电阻控制晶闸管(BRT)新结构。利用TCAD仿真软件对其工作机理和静态特性进行了分析,并与双栅BRT进行了性能对比。结果表明,新器件导通时会产生电子注入增强效应,由绝缘栅双极晶体管模式快速转换成晶闸管模式,当n型隐埋层浓度为8×10^(15)cm^(-3),隐埋层与p基区相接并与p++分流区距离接近时,能够有效抑制器件中的电压折回现象,获得良好的导通特性。新器件的导通压降为3.84 V,比传统器件减少了26%。

可控电流源型换流器换流应力分析

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。

电网暂态波动引发晶闸管整流系统甩负荷的分析与处理

针对实际运行中晶闸管整流控制装置故障引发整流机组跳闸的原因,开展了分析论证,通过开展晶闸管整流控制装置电源扰动试验,最终找到了晶闸管整流控制装置故障的具体原因,采取相应措施,使系列电流波动≤±50 A,整流效率由之前的98.1%提高至98.4%,有效降低了整流损耗。

电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用

文章研究电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用,首先将电力电子技术中的接触器与晶闸管应用于无功补偿自动投切控制过程中,基于接触器触头无功耗与晶闸管过零投切的优势,设计应用于无功补偿装置中的零投切接触器,其运行状态良好,变电所功率因数显著提升。

电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用

无功补偿是降低生产设备电力消耗问题、提高设备运行效率的主要方式,为实现无功补偿自动控制,研究电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用方法。将电工电子技术中的接触器与晶闸管应用于无功补偿自动投切控制过程中,基于接触器触头无功耗与晶闸管过零投切的优势,设计应用于无功补偿装置中的零投切接触器。该接触器主要由指令触发单元、接触器稳态接入单元以及晶闸管瞬态接入单元3部分组成。实验结果显示将该接触器应用于无功补偿装置中后,接触器运行状态良好,变电所功率因数显著提升。