关键词： 蓝宝石晶体炉   功率合成   全桥移相控制   倍流整流   TMS320F28335  

摘要： 当前大功率直流电源技术发展迅速，而苛刻的工业化需求仍不断地增强对电源产品高性能的依赖。比如在使用泡生法工艺生长蓝宝石晶体的过程中，大功率电源的输出精度达不到要求而使得蓝宝石成品品质不高;电源在正常工作中给网侧输入端带来大量谐波，网侧功率因数较低;低效率的功率转换过程浪费了较多电能等，所有这些现象都不符合绿色环保经济的要求。 本研究课题以输出功率100kW、电压12.5V、电流8000A、满载功率因数0.97、输出电流纹波0.1%、效率93%等为指标，设计了采用三组单相电路合成主电源电路、单控制器的功率系统。 三相功率合成技术的使用有效地提高了整个电源系统的功率因数，也降低了大功率场合对功率器件的电压电流应力的要求。所选择的移相全桥ZVZCS PWM变换电路具有开关频率恒定、软开关范围宽等优势，电路中所有功率管都实现了软开关。倍流整流电路的使用有助于滤波电感的小型化设计以及输出电流的高精度。本文采用全桥ZVZCSPWM变换器，给出`了相应的元器件选择依据。高频变压器的设计使用了超微晶材料磁芯，通过合理的制作工艺而有效地减少变压器损耗。电源控制系统使用TI的TMS320F28335控制芯片为核心，详细分析了控制内核、程序流程以及移相控制策略;设计了基于该款控制芯片的IGBT驱动电路、检测电路和保护电路等。 在理论研究完成的基础上，利用Pspice电力电子仿真软件对单相电源系统进行了仿真并得出相应的仿真波形。与此同时，搭建了该电源系统的实验样机，测量结果表明本课题项目的正确性以及实用性。

关键词： 铁道   铁路   机车   车辆   直流开关  

标准号: TB/T 1395-2011

摘要： 本标准规定了机车用直流开关电源柜的技术条件、试验方法及验收规则等。本标准适用于机车用直流开关电源柜,也可作为客车和动车组直流开关电源柜的参考。

关键词： 双向DC/DC变换器   软开关   超级电容   电压均衡  

摘要： 双向DC/DC变换器是超级电容辅助动力电动汽车的重要组成部分，它主要起着控制能量双向传递的作用，直接影响着电动汽车的动力性能和能量回收。而作为双向DC/DC变换器的直接应用对象的超级电容，由于单体超级电容器工作电压不高，电压一般为2.7V，在实际应用中，为了满足容量和电压值的需要，大功率辅助能源系统一般需要由多个超级电容串联和并联组合构成，在充放电过程中，由于各单体之间参数的离散性，会导致各串联的单体电压上升或下降速度不同，使到各单体电压不平衡，进而反复导致某些单体过充过放，势必严重影响超级电容组的储能效率及其工作可靠性，所以需要对串联的超级电容组对其进行电压均衡。因此，可以考虑从双向DC/DC变换器中引入电压均衡措施，实现所有超级电容的电压均衡，因此研究一种高效的带有均压功能的双向DC/DC变换器具有较强的意义。 本文设计了一种基于并联结构软开关技术的自动均压双向直流变换器，该变换器由DC/DC电路、DC/AC电路和AC/DC整流电路三部分组成,当中的DC/DC电路采用三重交错并联结构，有效地降低了输入输出的纹波电流，提高了响应速度，减小滤波电路的体积，同时不需要辅助电路就能让所有的功率管的开关通过移相PWM控制方式实现了在软开关，整体损耗低；当中的所提出的一种适用于任意变比变压器的超级电容的电压均衡措施，与现有的电压均衡措施相比，该方法不需要庞大的检测电路，并且兼容任意变比的变压器，对变压器精度要求低，且设计好变压器的变比后可以应用于任意串联数量的超级电容组，灵活性高、通用性强，所需元件相对较少，可实现高效率和小体积。 首先本文提出了一种高效的带有均压功能的双向DC/DC变换器的拓扑，分别对其Boost模式和Buck模式进行了理论分析；然后对其进行硬件设计(各元件参数、IGBT的驱动及其保护等)和软件设计(在DSP2812中实现，包括ADC采样、PWM生成、PID控制器等)；最后，从Simulink仿真和实验调试两个方面测试了纹波电流减小效果、软开关效果和串联超级电容组的均压效果。

关键词： 开关电源   脉冲宽度调制   同步整流   行为模型   电路模块  

摘要： 随着集成电路制造技术向更小尺寸迈进，采用集成电路部件的电子产品如智能手机、笔记本电脑、上网本等体积变得更小，且可携带，对这些设备的关键部件--电源提出了体积小、重量轻、能量密度高的要求。具有体积小、重量轻、损耗小、效率高、应用范围广等特点的开关电源正逐渐取代传统的线性电源，成为电子设备中的主流产品。 本论文介绍了降压型直流-直流开关电源的拓扑结构与基本原理，及工业界设计开关电源采用的技术，如脉冲宽度调制、脉冲频率调制、脉冲宽度/脉冲频率混合调制，同步整流，对开关电源的功率损耗产生机制进行了详细的讲解。 本论文采用意法半导体先进的BCD6工艺（最小尺寸为.35uM）设计了一款高效率降压型直流-直流开关电源。本次设计先从系统层面设计着手，搭建了电源的行为模型，对电源环路进行补偿确保在各种应用条件下电源系统都能稳定可靠的工作。然后从电路级实现该电源，包括各个电路模块的搭建，利用Mentor公司的Spice软件对关键模块进行了仿真，电路实现后再整体对电路进行仿真，给出了各个模块及整体电路仿真的波形图，确保电路的各项设计指标能满足应用需求。

关键词： 有源换流   直流开断   强制电流过零   电磁斥力机构   快速真空开关  

摘要： 清洁能源和可再生能源大多依赖直流系统传输,促使直流系统向互联组网的方向发展。大容量直流开关作为直流电网灵活操作,故障时快速重构的重要部件,应用前景将十分广阔。中压直流集电网和基于直流区域配电的船舶综合电力系统迫切需要性能可靠、功能全面、环境友好的直流开关。兼具真空开断技术和有源换流技术二者特性的有源换流型直流真空开关,具备快速开断、低成本和小型化等可预期特性,是中压直流电网用开关设备的发展方向。 研制有源换流型直流真空开关时,缺乏对电流强制过零时真空电弧调制特性的了解,缺少换流回路参数的优化选取方法及低成本高性能的快速操动机构,存在一系列理论难点与技术瓶颈。针对这些问题,本文分析了真空电弧的强制过零开断特性,提出调控机制；提出了完整的换流回路参数计算方法,并针对小直流电流和双向直流的开断问题,提出解决方案；设计了基于斥力驱动,永磁力保持的快速真空开关系统；结合船电应用工况,开发了一台5kV等级的快速直流真空开关样机,并在实验室条件下完成测试。 主开断单元的强制过零开断特性决定着换流回路的参数选取和各组件间的动作时序配合,是产品研发设计中最重要的理论依据之一。本文从阐述真空电弧换流开断的实质着手,分析了直流故障电流换流开断所面对的工况条件；利用一维热传导方程,分析了阳极表面温度在直流故障电流强制过零开断过程中的相关特性并提出调控机制；利用粒子守恒方程,分析了间隙金属蒸气密度在开断过程中的相关特性并提出调控机制；利用杯状纵磁触头的3D有限元模型,分析了纵向磁场在开断过程中的特性。 换流回路的参数设计是有源换流型直流开关研究的核心部分。本文从有源换流技术的特性分析出发,分析了换流回路元件参数对主开断单元上电流过零前的下降率dI/dt和过零后的恢复电压上升率dV/dt的影响；基于有源换流的自身特性,提出完整的换流回路参数计算方法：针对小直流电流开断存在的问题,提出一种利用联锁互动开关结构的双换流支路直流开关拓扑图；针对双向电流开断能力的需求,提出一种四联锁换向开关,以解决换向开关的配合问题。 基于快速操动机构的直流开关本体设计,是研制其整机要面对的问题。本文从换流型直流开关对主开关的分闸特性要求出发,提出了一种基于斥力驱动,永磁力保持的快速真空开关结构；利用场路耦合的有限元分析了电磁斥力装置结构参数对其特性的影响,并提出设计导则；完成了快速真空开关驱动系统的特性测试,经永磁保持装置结构改进和增加反向电流缓冲措施后,灭弧室动触头达到6mm行程只需2.8ms。 作为大容量直流真空开关的应用研究,研制了面向船舶综合电力系统应用的5kV快速直流真空开关样机；在学校实验室条件下完成了样机的测试,结果表明其主要参数可以满足船舶综合电力系统的应用要求。

关键词： 高频开关电源   IGBT   CPLD   并联均流  

摘要： 随着高性能可编程控制器件的发展和半导体器件制造技术的进步，电力电子装置己经进入高频化时代且发展迅猛，其中最具代表性的属高频开关电源。高频开关电源因体积小、谐波污染少等优良的性能正迅速取代相控电源，成为冶金、化工等工业生产中首选的清洁、高效的电源。 本文通过査阅大量相关技术资料和深入调研，设计高频开关电源模块，其输出功率为300kW，工作频率在20kHz,利用DSP和CPLD完成对系统的自适应模糊PID控制、IGBT驱动与保护，并联均流，A/D转换控制等功能，实现高频开关电源的数字化控制,使控制系统的性能更加优良；并根据现有的DC/DC电能变换电路的特点，设计了以全桥DC/DC电能变换电路为高频逆变电路的主电路结构，对主电路中主要电力电子器件参数进行计算和选型。 仿真和部分实验结果表明，本次设计的控制系统能完成对主电路的控制功能，并充分表现出了浮点型DSP运算速度快和CPLD电路设计灵活的特点，使整个系统具有较高的响应速度和抗干扰能力。

关键词： 三电平直流变换器   移相控制   PWM   零电压零电流开关   耦合电感  

摘要： 随着信息技术的迅速发展,极大的推动了电力电子技术的研究和应用。与此同时,效率高、体积小、重量轻、精度高的高品质开关电源也越来越引起重视。尤其在较高电压输入和中大功率变换场合,降低开关管的电压应力以及减小电压和电流变化率对提高功率变换效率和减小EM[具有重要意义。三电平直流变换器具有使开关管电压应力为输入直流母线电压应力一半的优点,因而得到广泛的研究。同时,为了降低变换器的体积和重量,软开关技术是较好的解决方法。软开关技术具有改善功率开关器件的运行环境,提高器件运行的可靠性,降低系统的功率损耗,提高装置的变换效率,减小变换器的体积,抑制过高的电压电流变化率,有效防止电磁干扰,降低系统噪声的特点。因此,三电平直流变换及其软开关技术成为了近几年研究的热点。本文在广泛研究三电平变换器及其软开关技术的基础上,分析了几种典型的三电平直流变换器的软开关实现条件及其所带来的问题。并对三电平直流变换器的软开关实现方法进行分类和总结。针对常规零电压开关三电平直流变换器主要存在的滞后管在轻负载下难以实现零电压开关以及变压器原边环流损耗大的两个问题,提出了一种新型零电压零电流软开关三电平直流变换器。本文提出的这种新型的零电压零电流开关(zero-voltage and zero-current switching, ZVZCS)脉宽调制(pulse width modulation, PWM)三电平(three level,TL)DC/DC变换器,与传统的ZVZCS PWM TL DC/DC变换器相比,它不含有辅助谐振回路。利用带有抽头的输出平滑电感、缓冲电容以及变压器漏感,可实现超前管的零电压开关(ZVS)、滞后管的近似零电流开关(ZCS)。该变换器可有效地抑制开关管的电压、电流尖峰；降低回路中的环流损耗。根据不同工作模式下的等效电路图,分析这种新型变换器的工作原理、软开关实现条件,抽头平滑滤波电感的变比对变换器开环输出电压特性和开关管电流应力的影响,以及给出了新型变换器抽头电感变比设计的基本原则。制作一个使用绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)的6kW,40kHz的样机,通过仿真和实验验证该变换器的有效性。

关键词： 桥式直流变换器   双向变换器   Boost型   零电压开关  

摘要： 传统双向桥式直流变换器可应用于能量双向传递供电系统中,但其输入输出电流断续。为此提出一种输入输出电流连续且可实现软开关的Boost型双向桥式变换器,该变换器具有结构对称、电气隔离和控制简单等优点,适用于输入输出电流脉动较小的应用场合。介绍该变换器的工作原理,且详细分析开关管电压和电流在开关过程中的变化情况,并据此推导出在考虑结电容影响时开关管实现零电压开关的条件。最后通过一台1 kW的原理样机对理论分析进行验证。

关键词： 电流源   磁势   马鞍电流   戽斗电容   零电流开关  

摘要： 目前在电动汽车领域，出现了将直流电源通过特制的驱动对三相同步电动机供电的应用方法，本课题以此为基础提出了电流源型直流异步电动机的概念，即用三相互成120°的直流电流源取代传统的三相正弦电压源为异步电动机定子绕组供电，同样使其产生幅值恒定的匀速旋转磁场。 本课题首先对直流电流源与它形成的磁势之间的关系进行了分析。从简单的电流波形如三角波入手，得到了电流波形与磁势之间的对应关系，然后针对异步电动机工作需要的圆形匀速旋转磁势，设计出了对应的马鞍形电流源波形。并且分析了用这种电流源供电的情况下，异步电动机的工作特性。 设计了一种戽斗电荷转移式零电流开关准谐振的变换器拓扑结构，专门用作直流异步电动机的可控电流源。它通过戽斗电容的储能及电荷转移作用，形成对输出电容充电的高频电流脉冲链，实现能量从电源侧向负载侧的转移。同时设计了一种合适的闭环控制方法，通过控制主电路中相应的开关管，实现对输出电流波形的跟踪控制，使负载中得到我们需要的马鞍形电流波形。 针对上述的变换器主电路和控制方法，利用simulink搭建模型，分别对单相电路和三相电路进行了马鞍形电流的跟踪控制仿真，仿真结果表明该主电路和控制方法在理论上是可行的。 用硬件搭建了主电路，对马鞍形电流源进行了单相和三相的跟踪控制实验。其中对控制环节用两种方法进行了验证：一种是用模拟电路实现的，一种是用dsPIC单片机通过编程实现的。并将三相电流通入异步电动机中进行了调速实验。实验结果表明，这种主电路和控制方法不仅理论上是可行的，并且在实际应用也能取得很好的效果。

关键词： SN10少油开关   导电接触面   触头维修   处理  

摘要： SN10系列少油开关运行若干年后，直流电阻很难做到规范要求。用5000目超细砂纸处理接触表面；按操作规范涂抹导电膏；校直时不能用台钳直接夹持导电杆；滚动触头表面切忌用砂纸打磨。