基于PSM技术的高压电源的模拟实验

徐伟东

文章摘要:1引言随着HL-2A装置物理实验的不断深入，将开展高参数条件下等离子体加热和电流驱动实验，为此需建造10～20Mw左右的二级加热系统。这些系统要求其高压脉冲直流电源具有输出功率大、输出电压稳定度高、纹波小、保护动作时间短以及保护时输出能量小等特点。而赖以快速调整的高压调整管受到生产技术和材料的限制。
文章主题:高压电源 PSM技术 模拟实验 HL-2A装置 电流驱动实验 等离子体加热 加热系统 物理实验

文章内容：6基于技术的高压电源的模拟实验徐伟东1引言随着一2装置物理实验…的不断深人,将开展高参数条什下等离子体加热和电流驱动实验,为此需建造10～20左右的二级加热系统:这些系统要求其高压脉冲直流电源具有输出功率大,输出电压稳定度高,纹波小,保护动作时间短以及保护时输出能量小等特点:而赖以快速调整的高压调整管受到牛产技术和材料的限制,输出的电流大小及1作时问都受到很大制约,因此基于品闸管调技术,星点控制技术和高压调整管的高电源不能满足二级加热系统发展的需求.基于技术的高电源能够满足上述要求,作为新技术在闰外得到了开发运用.我们在对技术的控制方法进行仿真后,开展了基于技术的高压脉冲电源的模拟实验研究2基于技术的高压电源工作原理技术高压脉冲电源系统及输出如图()和()所示2,该系统是南多组低压斩波直流电源串联而成通过电源模块的串联代替馍块的直接串联,从而避免了模块在直接串联作模式下因模块提前关断或延后开通而承受高损坏的缺点.该系统包括多绕组变压器,()模块,控制系统,互锁和测量系统,高频滤波系统和负载等:多绕组变压器原副边之问,副边之问的杂散电容对整个系统来讲足一个很重要的闲素:模块足一个类电路,输出端没有滤波部分,其输是直流脉冲电源.由于电路中的二极管起着怏速释放负载中的能量和在某个模块不作时起着连通主回路的作用,这就要求该二极管为快恢复,大电流二极管.控制方法的原如】冬2()和()所示.图2()中6个脉冲信号源的占空比均为9/10,幅值为10,第2个脉冲比第1个脉冲滞后/6,第3个脉冲比第2个脉冲滞后/6,以此类推,每个脉冲都比前一个脉冲滞后/6.在这种控制方式下,这6个直流电源串联之后得到的输如图2()所示.在5个馍块电的基础』二,替加的频率为6/,占空比为2/5,脉动幅值为0的直流脉冲电爪.通过调节在线工作的模块的个数和每个模块的占空比及频率,就可以调节最终脉冲电源的电压和输出的有效频率.图1()中的模块,在忽略和快恢复二极管的管压降的情况下,每个模块的输有两种状态:导通时,其输出=,关断时,萁输出'/¨:0.设有ⅳ个模块叮以在线】:作,当单个摸块的频率为,占空比为,则总的输叶平均电爪为=(0&;&;,可以为0),输电压的有效频率为=慨;凋节或,则经过凋制使电源总输出电压平均幅值自0至连续可捌,纹波脉动频率也可渊.这就使得低低频直流脉冲电源变为高压高频直流脉冲电源,输侧有效频率的增加能够有效地减小滤波环节中的储能,提高电源的响应速度.该系统还具有一定的冗余,当某个或者,个模块因故障能[作时,该模块中的快恢复二极管起到主回路通路的作用,只要所期望的输出电压小于(--/7),则电源系统仍可继续作:控制部分采用作为控制系统的核,能够根据所期望的输出电压和实际检测的模块电压及可在线作的模块的个数来计算模块的占空比,从而使最终的输出能够满足二级加热系统的要求.通过方式可以将输人的低频低压脉冲直流电源变为输出电)-町'调的直流电源.控制采用前馈控制'式就可以满足系统输…精度要求基于技术高脉冲电源系统及输川冬1①硕研究乍,2006年毕业,指导教师:宣伟研究员级高级程师15童_().....——3多绕组变压器每个模块都1多绕组变压器的一个剐边独寺供电:一变器为一个单元供电,其中剐边的一,为星接法,另一半为角型接法:这样可以在剐边得到3.的卡位偏移4,能够使卡整流后的直流电压源经串联之后得到12脉波,以此减小直流【!的纹波,并可以削减交流【!的电网波形畸变多绕组变器的主要技术问题是绝缘电爪水平和系统的寄生电容_5一奇牛电容南变器副边之间的耥合电容和变压器原副边之间的耦合电容以及它们对地之问的耦合电容组成.于耦合电容的存在,在变器和模块之问会引起电流的振荡,这会对的开火产生影响通过仿真分析可知道,二次侧对地电容越火,则在这种作方式下就越不稳定一本试验中设计并加了一台试验川七绕组整流变器(1个原边,6个副边),其容量为330.6个剐边绕组分别给6个模块供电一二次侧绕组对地,对原边绕组的分电容小丁10004基于技术高压脉冲电源的模拟实验采用绕绀试验用变乐器供电,对6个模块进行电源的模拟试验一囚为每个模块的输…参数为850/100.考虑到阳倍安伞裕节,选用赛水控公司生产的200173,其额定参数为1700/2,专用于电路:其本身带有的快恢复二支管额定参数为200,能够满足系统要求录用片饥实现控制,通过光纤传输各种信号,驱动部分采用推挽电路来实现.当模块的作频率为5.4,开通脉宽为50,各模块之问依次延1,']为30时,在模块交流侧输人电为50,其输波形如图3所示其巾叠加部分的作频率为32.6,占卒比约为65%=由,^汁算的输纹波脉动频率为32.4,此和开通脉宽50时时问3『计算脉动空比为64.8%(若号虑剑精确的延迟时问麻为30.864,占空比心为62.0%).南此'知仑分析筒实际测量值坫本吻合106当模块交流侧输人线电为620,饥载为48时,通过改变程序来观察步进效果干¨整个电源的火断时间,如图4()和()昕示,()11为电流波形,2为电压波形,测得的电为4900,电流为107,火断时间约为4.2=()为波形,通过观测的.波形可以看到存上作过程中,在导通时有尖刺,通过输波形比较,在减小的时刻,对应的输电的波形并未发生变化,囚而此尖刺为干扰信号5结论本文对的卒制疗法进仃详绌分析闸述,并在此基础上进千于了6个模块的模拟试验:试验结果进一步验证理论分析的正确性'亏可性,并口_文现较大功率输…和该条件下的快速关断,为下一步研制满足一2装置高参数物理实验的二级热系统商电源提供厂坚实的基础基于技术的高斥脉冲直流电源控制方式简沽,系统构成简单,输连续可调,能够将低压低频4电源模拟试验输直流脉?【1电源转化为高高步页直流脉冲电源,其输具有高功率,高稳定,高效率和高冗余的特点,并使系统输出级的储能大大减小.每个模块均作在低频状态,使得每个1模块的开关损耗下降,从而使模块更加安伞叮靠?于本试验的规模相对较小,变压器的耦合电容对整个系统的影响尚不明显.但是