脉冲功率系统储能型超导脉冲变压器放电研究

为了研究储能型超导脉冲变压器的电气参数对输出电流脉冲和效率的影响,介绍了储能型超导脉冲变压器的工作机理,运用MATLAB/Simulink软件对放电过程进行丁建模仿真.主要研究了储能型超导脉冲变压器放电电路的电阻参数(包括释能电阻与负载电阻)和电感参数(包括脉冲变压器原边电感和副边电感)对输出的电流脉冲和效率的影响.仿...     

半导体脉冲功率开关的最新进展

简述了脉冲功率开关的发展及国内外脉冲功率晶闸管产品的现状,并详细介绍了国内的脉冲功率开关产品及其特点。阐述了脉冲功率晶闸管组件产品的设计与应用,以及半导体脉冲功率开关的测试试验平台。简要介绍了脉冲功率晶闸管及其组件在工程应用中的同步驱动、感应取能和串联均压等关键技术,并简述了脉冲功率晶闸管组件的工程应用实际效果。阐述了半导体脉冲功率开关及其测试试验平台的发展方向。     

半导体脉冲功率开关的最新进展

简述了脉冲功率开关的发展及国内外脉冲功率晶闸管产品的现状,并详细介绍了国内的脉冲功率开关产品及其特点。阐述了脉冲功率晶闸管组件产品的设计与应用,以及半导体脉冲功率开关的测试试验平台。简要介绍了脉冲功率晶闸管及其组件在工程应用中的同步驱动、感应取能和串联均压等关键技术,并简述了脉冲功率晶闸管组件的工程应用实际效果。阐述了半导体脉冲功率开关及其测试试验平台的发展方向。     

PLC激光时序控制系统的研制

激光时序控制系统采用计算机（以下称PLC—k位机）和PLC相结合的方式，如图l所示。整个系统的结构分为三层：系统管理层、PLC控制层、分系统控制层或现场执行机构。系统管理层完成时序控制系统的任务设定、信息显示、状态监测、故障报警、数据处理和通信等功能，由一台工业控制计算机实现。该层与PLC之间通过以太网通讯，遵循TCP／IP协议。PLC控制层直接与各个分系统连接，完成时序控制，是激光时序控制系统的关键。这个层次的PLC模块主要完成数据采集、时序控制等任务。分系统控制层执行指令动作，并把必要的信息反馈给PLC控制层。     

重复频率脉冲功率系统触发器设计

根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理,针对选用的氢闸流管VE4147的触发要求,设计了直流偏压-150 V、空载电压2 000 V、脉冲电流10 A、脉冲宽度800 ns、重复频率10 kHz的触发器。设计中着重从增强抗干扰能力、降低功耗、改善散热等方面进行考虑,保证触发器以10 kHz的重复频率持续工作,已经应用于100 kV/2 kHz高压脉冲电源、70 kV/10 kHz氢闸流管老练平台、150 kV/1 kHz可调脉宽电晕等离子体驱动源等多个重复频率脉冲功率系统中。     

重复频率脉冲功率系统触发器设计

根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理,针对选用的氢闸流管VE4147的触发要求,设计了直流偏压-150 V、空载电压2 000 V、脉冲电流10 A、脉冲宽度800 ns、重复频率10 kHz的触发器。设计中着重从增强抗干扰能力、降低功耗、改善散热等方面进行考虑,保证触发器以10 kHz的重复频率持续工作,已经应用于100 kV/2 kHz高压脉冲电源、70 kV/10 kHz氢闸流管老练平台、150 kV/1 kHz可调脉宽电晕等离子体驱动源等多个重复频率脉冲功率系统中。     

高频脉冲功率源初级单元的设计

针对半导体断路开关型、数十kHz高频脉冲功率源设计了初级单元。该单元在低频电路的基础上进行了改进和优化,放电主开关采用IGBT串并联组件,解决了同步触发问题,增加了过流保护系统,设计了高频脉冲触发器。研究发现,初级单元的放电电容放电后有残余电压存在,这会降低脉冲功率源的输出稳定性。该初级电路加强了高频率脉冲功率源的稳定性和可靠性,成功应用于数十kHz高频脉冲功率源。从波形上看,初级充电电源工作电压约为1 kV,放电电流约1.5 kA,在10 kHz条件下可以稳定工作。     

利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究

为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点,通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用12级全固态Marx电路和半导体开关IGBT研制了高压脉冲电源,该电源可产生负高压方波脉冲,其上升沿上升时间约100 ns,最高幅值可达40 kV,脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面接触的部位电势尽可能高,采用不锈钢针作为正、负电极,且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3 mm时,该电源产生的幅值约32.5 kV的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段,也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看,等离子通道回路中有电流时其两端存在明显的压降,因此等离子通道具有阻性,而且阻值在放电过程中是变化的。     

利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究

为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点,通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用12级全固态Marx电路和半导体开关IGBT研制了高压脉冲电源,该电源可产生负高压方波脉冲,其上升沿上升时间约100 ns,最高幅值可达40 kV,脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面接触的部位电势尽可能高,采用不锈钢针作为正、负电极,且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3 mm时,该电源产生的幅值约32.5 kV的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段,也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看,等离子通道回路中有电流时其两端存在明显的压降,因此等离子通道具有阻性,而且阻值在放电过程中是变化的。     

水中脉冲放电产生过氧化氢及其影响因素

采用介质涂覆的球-筒电极结构,用以脉冲电压条件下在水中产生放电,通过比色法检测放电产生的过氧化氢,研究了不同电压脉冲幅值、脉冲宽度（储能电容的大小）、水的电导率以及脉冲频率对过氧化氢产生速率的影响,实验结果表明过氧化氢的产率随电压脉冲幅值的增大而增大。当电压脉冲幅值足够高时,水中放电由流注放电形式转换为电弧放电形式,此时过氧化氢产率也大幅提高,而在相同电压条件下,随水的电导率的增大,过氧化氢的产率减小。在相同电压下,脉冲频率的增大,导致放电平均功率增大,水中放电产生过氧化氢的浓度提高。在3.3 W功率时,120 min后水中过氧化氢浓度达到0.2 mmol/L,从而证明了所用电极结构的优越性。     

基于FPGA的脉冲电源及其控制系统设计

针对等离子体特定领域的应用需求,研制了一种基于上位机监控且具有手动/自动控制功能的脉冲电源。详细介绍了脉冲电源主电路、检测电路、驱动电路、数字脉宽调制（DPWM）产生模块以及脉冲变压器的设计方法。该电源采用现场可编程门阵列（FPGA）作为主控芯片,产生DPWM信号及继电器控制信号,经驱动电路放大后驱动逆变全桥及继电器。设计了过温和短路保护电路,通过DS18B20温度传感器和QBC10PS5霍尔电流传感器对电源模块的工作温度和电流进行实时采样。实际应用测试表明,该电源满足设计指标要求。     

托卡马克脉冲电源实时控制系统设计

为提高托卡马克装置磁场电源的控制性能,实现对等离子体的先进控制,设计了基于LabVIEW RT和FPGA的磁场电源实时控制系统。根据等离子体控制对电源控制系统实时控制的要求,使用反射内存卡实现实时数据传输,应用实时操作系统来保证系统的确定性应用和系统的可靠性,采用NI 7813R系列数据采集卡实现对晶闸管变流器的控制。实验结果表明,该系统满足等离子体放电对电源控制系统实时性的要求,并具备较高的可靠性和稳定性。     

多级磁阱装置脉冲电源系统研制

为了实现高压等离子体放电的研究,研制了一套满足负载要求的脉冲电源系统。该电源系统采用脉冲电容型电源拓扑方案并结合理论计算,为实际电源研制提供关键的指导方案。为了更好地进行器件参数选型,采用PSpice软件搭建仿真模型,通过响应波形分析得到满足系统要求的器件参数。此外,为该电源系统研制一套满足等离子体放电要求的控制系统。该控制系统采用通信方式为串口通信、Labview搭建上位机界面以及FPGA完成下位机的逻辑系统配置,系统简单高效。     

大功率半导体激光泵浦固体激光器脉冲电源设计

介绍一种大功率半导体激光泵浦固体激光器(DPSSL)脉冲驱动电源的设计电路及其控制方法。根据半导体激光器的工作特性,采用前级电容充电电路与后级脉冲电流产生电路相结合的电路结构。由于LCC谐振电路具有软开关特性和抗负载短路、开路的能力,又能够实现对储能电容恒流充电的功能,因此其适合做为脉冲电源中储能电容的充电电路;后级脉冲电流产生电路选择大功率MOSFET做为主控器件,利用MOSFET饱和区的漏极电流可控性,通过栅极电压控制产生负载脉冲电流。控制部分采用模拟与数字相结合的控制方式,使脉冲电源控制更加灵活,引入脉冲电流指令给定积分器,可以更有效地控制脉冲电流上升过程,抑制电流过冲,提高控制精度,使脉冲驱动电源产生类似矩形波的大功率脉冲电流。搭建了脉冲功率为28 kW的实验平台,实验达到的指标：脉冲电流幅值80 A,脉冲电压350 V,脉冲宽度100 μs,重复频率100 Hz。     

MHz 高压脉冲电源设计

设计了一款基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的高压高频脉冲发生器,采用多个以光纤信号隔离触发的串联MOSFET作为高压开关,并由FPGA提供控制信号。该发生器由相同的MOSFET管部分组成,并联并按顺序触发,与参考信号同步。所述电路和工作模式克服了MOSFET管发生器的功耗限制,使脉冲重复率显著提高。详细介绍了该MHz高压脉冲发生器的工作原理和制作过程,然后进行了初步试验,验证了该发生器的性能。该电路在1 MHz的高重复率下,输出上升时间为十几ns、脉宽为百ns、电压幅值大于1 kV的平顶脉冲。     

J-TEXTװ���ݳ���Դ����ϵͳ��ʵ��

基于QNX实时操作系统的IDE编译平台,设计开发了J-TEXT装置纵场电源的实时控制系统。该系统具有良好的实时性、可靠性和稳定性,成功控制纵场电源产生了92.5kA、平顶时间为1s的准梯形脉冲电流,在等离子体中心产生1.74T的磁场,满足了J-TEXT装置目前放电实验的需要。     

J-TEXTƫ������Դ����ϵͳ�������ʵ��

根据偏滤器线圈的供电需求和电源的运行特点,按照J-TEXT控制、数据访问和通信(CODAC)标准分别从硬件和软件两个方面进行了设计。目前,偏滤器电源控制系统已经布置完成并进行了测试。结果表明,系统满足偏滤器电源控制要求。该基于CODAC规范的偏滤器电源控制系统方案设计可以为ITER及未来聚变堆子系统控制方案提供参考。     

紧凑环注入系统高压脉冲电源设计

以放电回路理论模型计算和仿真分析为指导,设计了紧凑环注入装置(CTI)高压脉冲电源,并在CTI上进行放电实验。实验结果证明所设计的CTI高压脉冲电源可产生特定频率下100kA的目标电流,保证了CTI成型场及加速场电极的供电需求。     

实验物理和工业控制系统在极向场电源控制系统中的应用

介绍了实验物理和工业控制系统（EPICS）的总体结构和特点,以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点,特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制,实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等,并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路,且支持多用户操作,具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试,该应用运行稳定,能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。     

10 kV等离子体表面改性高压脉冲电源

研制的10 kV高压脉冲电源采用脉冲单元叠加技术,将12组相互独立的各脉冲单元模块串联起来,采用同步驱动技术,实现了10 kV的高压脉冲输出。可通过增减脉冲单元的数量,满足不同输出电压的需要,实现了模块化设计。该电源的性能指标为:脉冲电压幅值0.1~10.0 kV,脉冲频率0.2~2.0 kHz,脉冲占空比5%~30% ,脉冲电流幅值20 A,脉冲功率200 kW。试验结果表明：在等离子体负载条件下电源运行稳定、可靠。