高壓脈沖電源模擬實(shí)驗

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

　　這樣可以在二次側得到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，以此減小直流側的紋波，并可以削減交流側的電網(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的寄生電容。寄生電容由變壓器二次側之間的耦合電容、變壓器一二次側之間的耦合電容以及它們對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IGBT 的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生影響。通過(guò)Matlab 仿真分析可知道，當二次側對地電容越大，IGBT 在工作這種工作方式中就越不穩定。

　　4 基于PSM技術(shù)高壓脈沖電源的模擬實(shí)驗

　　對6 個(gè)SPS 模塊進(jìn)行PSM 電源模擬試驗。為此設計并加工了一臺實(shí)驗用七繞組整流變壓器(1個(gè)一次側，6 個(gè)二次側)，其容量為330kVA。6 個(gè)二次繞組中3 個(gè)為星形聯(lián)結，3 個(gè)為三角形聯(lián)結，分別給6 個(gè)SPS 模塊供電，且二次繞組對地、對一次繞組的分布電容小于1000pF。因為每個(gè)SPS 模塊的輸出參數為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，其額定參數為1700V/200A，本身帶有快恢復二極管的額定參數為200A?？刂撇糠植捎脝纹瑱C來(lái)實(shí)現，通過(guò)光纖傳輸各種信號，驅動(dòng)部分是采用TTL 推挽電路來(lái)實(shí)現。

　　當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 模塊交流側輸入電壓為50V，其輸出電壓波形如圖3 所示。忽略控制信號和驅動(dòng)板的差異性，以及測量誤差， 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 ，可計算出脈動(dòng)占空比為64.8%。由此可知實(shí)際測量值與理論分析值基本一致。

　　當SPS 模塊交流側輸入線(xiàn)電壓為620V，負載為48Ω時(shí)，通過(guò)改變程序來(lái)觀(guān)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(guān)測IGBT 的Vce 波形可以看到在工作過(guò)程中，IGBT 在導通時(shí)有尖刺，通過(guò)與輸出波形比較，在Vce 減小的時(shí)刻，對應的輸出電壓波形并未發(fā)生變化，因而此尖刺為干擾信號。

　　5 結論

　　由于本試驗的規模相對較小，變壓器的耦合電容對整個(gè)系統的影響尚不明顯，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(zhù)繞組增多，輸出功率變大，其影響將會(huì )越來(lái)越突出。