高壓脈沖電源模擬實(shí)驗(yàn)

　　每個(gè)SPS 模塊都由多繞組變壓器的一個(gè)二次側(cè)獨(dú)立供電。一臺(tái)變壓器為一個(gè)PSM 單元供電，其中二次側(cè)的一半為星形聯(lián)結(jié)，另一半為三角形聯(lián)結(jié)。

　　這樣可以在二次側(cè)得到30°的相位偏移，能夠使三相整流橋之后的直流電壓源經(jīng)串聯(lián)之后得到12脈波，以此減小直流側(cè)的紋波，并可以削減交流側(cè)的電網(wǎng)波形畸變。PSM 多繞組變壓器的主要技術(shù)問(wèn)題是絕緣電壓水平和系統(tǒng)的寄生電容。寄生電容由變壓器二次側(cè)之間的耦合電容、變壓器一二次側(cè)之間的耦合電容以及它們對(duì)地之間的耦合電容組成。由于耦合電容的存在，在變壓器和SPS模塊之間會(huì)引起電流的振蕩，這會(huì)對(duì)IGBT 的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生影響。通過(guò)Matlab 仿真分析可知道，當(dāng)二次側(cè)對(duì)地電容越大，IGBT 在工作這種工作方式中就越不穩(wěn)定。

　　4 基于PSM技術(shù)高壓脈沖電源的模擬實(shí)驗(yàn)

　　對(duì)6 個(gè)SPS 模塊進(jìn)行PSM 電源模擬試驗(yàn)。為此設(shè)計(jì)并加工了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)用七繞組整流變壓器(1個(gè)一次側(cè)，6 個(gè)二次側(cè))，其容量為330kVA。6 個(gè)二次繞組中3 個(gè)為星形聯(lián)結(jié)，3 個(gè)為三角形聯(lián)結(jié)，分別給6 個(gè)SPS 模塊供電，且二次繞組對(duì)地、對(duì)一次繞組的分布電容小于1000pF。因?yàn)槊總€(gè)SPS 模塊的輸出參數(shù)為850V/100A，考慮到兩倍安全裕量，選用賽米控公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)用于Buck 電路的SKM200GAL173D，其額定參數(shù)為1700V/200A，本身帶有快恢復(fù)二極管的額定參數(shù)為200A。控制部分采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)光纖傳輸各種信號(hào)，驅(qū)動(dòng)部分是采用TTL 推挽電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　當(dāng)SPS 模塊的工作頻率為5.4kHz，開(kāi)通脈寬為50μs，各模塊之間依次延時(shí)時(shí)間約為30 μs 時(shí)，在SPS 模塊交流側(cè)輸入電壓為50V，其輸出電壓波形如圖3 所示。忽略控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)板的差異性，以及測(cè)量誤差， 可知疊加部分的工作頻率約為32.4kHz，占空比約為65%。由f =N fs 計(jì)算出的輸出紋波脈動(dòng)頻率為32.4kHz，由f、開(kāi)通脈寬50 μs、延時(shí)時(shí)間30 μs ，可計(jì)算出脈動(dòng)占空比為64.8%。由此可知實(shí)際測(cè)量值與理論分析值基本一致。

　　當(dāng)SPS 模塊交流側(cè)輸入線電壓為620V，負(fù)載為48Ω時(shí)，通過(guò)改變程序來(lái)觀察步進(jìn)效果和整個(gè)電源的關(guān)斷時(shí)間，如圖4a、圖4b 所示。測(cè)得的電壓為4900V，電流為107A，關(guān)斷時(shí)間約為4.2 μs。圖4b 所示為Vce 波形，通過(guò)觀測(cè)IGBT 的Vce 波形可以看到在工作過(guò)程中，IGBT 在導(dǎo)通時(shí)有尖刺，通過(guò)與輸出波形比較，在Vce 減小的時(shí)刻，對(duì)應(yīng)的輸出電壓波形并未發(fā)生變化，因而此尖刺為干擾信號(hào)。

　　5 結(jié)論

　　由于本試驗(yàn)的規(guī)模相對(duì)較小，變壓器的耦合電容對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響尚不明顯，但是耦合電容是基于PSM 技術(shù)的高壓直流脈沖電源的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，隨著繞組增多，輸出功率變大，其影響將會(huì)越來(lái)越突出。