高壓脈沖電源模擬實驗

　　每個SPS 模塊都由多繞組變壓器的一個二次側(cè)獨立供電。一臺變壓器為一個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模塊之間會引起電流的振蕩，這會對IGBT 的開關(guān)產(chǎn)生影響。通過Matlab 仿真分析可知道，當(dāng)二次側(cè)對地電容越大，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驗

　　對6 個SPS 模塊進(jìn)行PSM 電源模擬試驗。為此設(shè)計并加工了一臺實驗用七繞組整流變壓器(1個一次側(cè)，6 個二次側(cè))，其容量為330kVA。6 個二次繞組中3 個為星形聯(lián)結(jié)，3 個為三角形聯(lián)結(jié)，分別給6 個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)的專門用于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)來實現(xiàn)，通過光纖傳輸各種信號，驅(qū)動部分是采用TTL 推挽電路來實現(xiàn)。

　　當(dāng)SPS 模塊的工作頻率為5.4kHz，開通脈寬為50μs，各模塊之間依次延時時間約為30 μs 時，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。忽略控制信號和驅(qū)動板的差異性，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頻率為32.4kHz，由f、開通脈寬50 μs、延時時間30 μs ，可計算出脈動占空比為64.8%。由此可知實際測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，通過改變程序來觀察步進(jìn)效果和整個電源的關(guān)斷時間，如圖4a、圖4b 所示。測得的電壓為4900V，電流為107A，關(guān)斷時間約為4.2 μs。圖4b 所示為Vce 波形，通過觀測IGBT 的Vce 波形可以看到在工作過程中，IGBT 在導(dǎo)通時有尖刺，通過與輸出波形比較，在Vce 減小的時刻，對應(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。

　　5 結(jié)論

　　由于本試驗的規(guī)模相對較小，變壓器的耦合電容對整個系統(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技術(shù)難點，隨著繞組增多，輸出功率變大，其影響將會越來越突出。