HT-7U等离子体垂直位移快速控制电源方案报告

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,HT-7U,等离子体垂直位移快速控制电源方案报告,导师：刘正之,姓名：程荣仓,报告内容,1、相似装置的简单回顾,2、本课题方案的选择,3、方案建模、参数设计,4、仿真结果,5、模拟试验计划,6、与本课题有关的前沿技术的研究,7、下一步工作安排,电源的技术要求,电压响应时间1,mS,，,峰值,电压50,V，,最大电流20000,A，,能实现四个象限的运行。根据物理学提出的技术要求，在电力电子学这一领域内，快控电源装置属于高功率的电力电子学范畴。,物理计算采用的负载直流线圈的参数如下：,电感,L=25.7uH,在摄式二十度时：,电阻,R=220u,得出时间常数：,=116mS,外加电压如果为50伏，电感电流从0到20000安培，则需要13.08,mS,L,line,=23.5uH,R,line,=1.04m,L,load,=25.7uH,R,load,=266.6u,因此：,L,add,=49.2uH，,R,add,=1.306m,时间常数：37.67,mS,如果电流要在13.08,mS,爬上20000,A，,则算得输入得最低电压为：,U89V,多电平组合模式的主电路拓扑方案,outputS1S2S5S6,+2E,1010,E 1011,0 0011,0 1100,-E 1101,-2E 0101,多电平电路及输出波形,左上图是现代工业界广泛接受的多电平主电路拓扑，采用二极管对中点进行箝位。从组合模式中发展出来的。,左下图是正弦波电压和电流的波形图,本课题电源开关器件的选择,GTO,IGCT IGBT,驱动 驱动功率较大 驱动功率小 驱动功率小,通态压降通态压降低 通态压降低 通态压降较低,di,/,dt,有限 大 大,工作压降 高 高 较高,工作频率 625,HZ 2KHZ 2030KHZ,吸收电路 加 不 适中,开关损耗 大 小 小,工作损耗 小 小 适中,模块化 不 可 可,功率密度 高 高 较高,IGBT,的一些主要特性,左上图反映温度对,IGBT,通态压降的影响，具有正温度系数特性，易于并联，尤其重载时,左下图反映共散热器更易于并联,IGBT,的均流,电压型逆变器并联的两种结构,左上图采用非共用直流电压模式，驱动方式是异步的,左下图采用共直流电压模式，驱动方式是同步的,本课题主电路原理图,左上图为两模块并联的主电路拓扑，,L,为均流电感,左下图为减少所并联的模块数，采用器件并联与模块并联共用的方式,相间电路结构图,并联时的典型开关模式,与器件通态压降的变化,左上图为四种典型的开关模式带来输出的不同,器件通态压降不同，对输出的影响,逆变桥并联时的输出特性,左图采用双极性调制时的四种瞬态环流模式。模式1是与调制波频率有关；模式2是与载波频率有关；模式3是与模式1与模式2之和；模式4是一直流脉冲信号,部局和结构都要对称,计算抑制环流电感的公式,式中,N,为调制比；输入电压为,Ed，,并联逆变电源间管子开通和关断的延迟时间为,t,on,与,t,off,开关管的吸收电容,C；,开关管关断时的平均电流,I,T,开关管关断时的电流差异取,I,T,；,开关管的通态压降差异,V,给定信号的频率,f；,模块间的环流,I,实际算得限制环流的电感，也是实现逆变电源间均流的电感,L=12.0uH。,这个值相对于负载电感来说是一个不小的数值。,由于采用同步驱动实现均流，所以此方案对于主回路的结构、控制回路以及驱动电路要求较好的对称,三态,DPM(Discrete Pulse Modulator),控制模式,三态,DPM,电压开环控制仿真波形,左上图为一个脉冲波与正弦波叠加后得到的一个电压给定,左下图为负载的脉冲电压波形和输出电流波形,三态,DPM,电流闭环滞环控制,左上图为电流给定信号和反馈信号，给定信号为正弦波与三角波的叠加,其余三图为输出电流波形,两种三态的,PWM(Pulse-Width Modulator),调制模式,左上图为受调制波控制的三态,PWM,调制模式；特点为：降低开关次数,左下图为受载波控制的三态,PWM,调制模式；特点为利用载波移相180,o,，,可以起到倍频的功能，降低电流脉动,PWM,电流闭环仿真波形,左上图为正弦波与三角波合成的电流给定信号,三台输出电流波形,调制模式跟踪信号的比较,左上图为三角波比较的跟踪,左下图为滞环比较的跟踪,右图为,DPM,信号的跟踪,负载输出电流波形,左图为一个阶跃电流输出波形,三个模块之和的输出电流波形,都采用三态,DPM,的调制模式,电流双向整流部分,左上图为,PWM,整流主电路拓扑,左下图为晶闸管整流主电路拓扑,模拟试验任务和参数如下,试验参数：,为了考虑可靠性，采用输入电压100,V,做试验：,R=0.5866,L=22.1mH,时间常数：37.67,mS,，,那么要13.08,mS,可以爬上：,I,max,=50A,完成电压开环试验,完成电流闭环试验,试验采用三台模块并联结构,方案总结,从严格的电力电子学来说，快控电源实际上是一个放大器，因此给定信号的复杂性，让工程和设计带来了麻烦。,工程采用电压放大器模式比电流放大器模式好，因为电压开环控制，避免了对检测电流的实时反馈控制，尤其对本课题的负载更是如此。,采用,DPM(Discrete Pulse Modulator),比,PWM(Pulse-Width Modulator),调制模式好。,三态调制模式比两态调制模式好。,由于本课题工作波形的无规律性，长时间工作电流可能远远低于峰值电流，电流越往上出现的几率越小，真真达到峰值电流的几率将更小。因此采用电压开环这种模式，完全可以满足工作波形无规律的要求。,PWM,整流并联的主电路拓扑结构,左上图采用共输入电压的模式，即输入电压不需要隔离，这就必然存在并联模块之间的环流，且对三相电路而言，环流以零序电流的方式存在,左下图采用输入电压隔离模式，即切断了零序通道,共输入电压两模块并联时的平均模型,左上图可以清楚地看出零序电压引起的零序电流通道,左下图反映了零序分量引起的动态环流模型图,DC/DC,并联思想在,PWM,并联中的应用1,左上图为外特性下垂法的应用,主从控制模式法的应用,DC/DC,并联思想在,PWM,并联中的应用,2,左上图为自主均流法的应用,左中图为实现电流双向的自主均流法的应用,左下图为平均电流均流法,三相,PWM,整流器仿真波形,模块并联采用主从控制模式进行仿真，单个模块采用电流预测的控制模式,左上图为两个模块输入电流的比较,左下图为输出电压波形,单相,PWM,整流器仿真波形,软开关技术,左上图为谐振直流环节的逆变器软开关技术,左下图为谐振换向极软开关技术,软开关的仿真波形,近期工作时间安排,2003、2，完成台面试验。,2003、32003、5完成工程设计,