(阅读库www.yuedsk.com)(阅读库 www.yuedsk.com) 要知道大功率直流电源的场合,开关频率很难提高,为什么?衡量开关器件的两个重要指标一是通过电流、二是耐受电压,大功率开关器件造价非常高昂,而且由于技术限制,单个开关器件的功率就不可能太大。
晶闸管是功率最大的开关器件,但是频率太低,而MOSFET、IGBT新一代高频开关器件功率受限很大。
张政深知这一点,他参与设计从三侠水电输送到江海的高压直流输电工程,每一个换流阀都是由几百上千个IGBT并联后串联组成,均压和均流非常难以实现,每一个IGBT的驱动信号都采用光纤,只要哪怕有一根头发丝的差距,均压均流失败,那么一个阀内的所有开关都会瞬间烧掉,还会引起可怕的连锁反应。
这种换流阀世界上只有几家公司能够做到,均压均流的工艺要求太高。
即便如此,整个阀的开关频率也就在1000Hz左右。
大功率对开关频率的限制非常大,单一的开关器件达不到要求,频率稍有提高,均压均流的难度成倍提高。
本次开发的高压直流发生器,输出直流要求200kV,电流最高峰值达到800mA,短时最大功率超过160k,单一的开关器件也无法做到,硬开关状态损耗太大,频率一提高,开关寿命成几何级下降。
必须软开关,必须均压均流,还必须要求重量要足够轻,就必须提高频率,这才是一系列提高难度的要素,否则一帮子经验丰富的教授怎会一筹莫展呢。
张政迫不及待向刘晨讨教,心中的疑惑太多。
“怎么会呢?如果开关频率10k的话,我粗略测算,波动会在5%以上。”
“10k?那是远远不够的,这种控制模式的开关频率起码100kHz以上。完全消除开关损耗就是为了高频化,10k的频率量级不需要用这种结构。”
“100kHz?”张政眼睛都瞪圆了,这么高频率,那整体设备的重量肯定大大减轻呀。只是……
“这么高频率,IGBT也达不到,只能采用MOSFET结构的开关器件,单个片子的容量可非常小啊,这又要考虑复杂的均压均流的问题了。”张政苦着脸。他觉得最理想的状况是把频率提高到30k达到平衡。
“这个简单,MOSFET的耐压没问题,就是通过电流偏小,而我们采用这种拓扑结构是在电流为零时切换开关,想到了吗?那就是天然的均流条件呀,只要把几个开关管并联在一起就能解决容量小的问题,根本不需要增加额外的辅助电路均流。”
张政差点儿跳了起来,兴奋地挥舞着拳头,叫道:“对呀,开关容量的问题就解决了。”
略一想还觉得不太对。“这么高频率,控制不好做吧?而且还需要检测谐振电流过零点,控制器反应不过来呀,那稳定性会不会太差了?”
“硬件电路实现确实有点麻烦,不过却并非不可能。”刘晨笑道,他在采用这种结构开发设备时,通常都把频率放在接近200kHz上。
“到底怎么实现呢?能跟我说说吗?”
“这可不是几句话能说清楚呀,张教授。”刘晨笑道,他可不会傻到跟第二次见面的人就和盘托出他掌握的技术,即便对方是谦逊有礼的教授。
张政也明白。这种高深的关键技术,如果他一问,人家就马上告诉他,除非是傻蛋。沉思片刻道:“采用这种结构能否实现在1ms内无超调升压到200kV直流,且重量有严格要求,稳定性还要求运行五年以上,空间EMC不能大。”
刘晨一听就是眼前一亮,这么多苛刻的要求,应用场合不言而喻。大致猜测出这是一个什么工程,仔细地想了想道:“这种特高压直流设备对绝缘要求很高,尤其是频率很高后,采用快速整流二极管,能提供多少耐压等级的器件?”
这都能考虑到,张政心里叹服,眼前的少年人工程开发经验绝对丰富,道:“之前我们都考虑相对低频工况,按照你所说的频率,这种二极管怕是耐压不高,大约20kV的耐压没问题,如此一来,升压变压器的升压侧就需要分成十几个绕组,这恐怕也不稳定吧?”
“为什么要分绕组?”刘晨很奇怪地看着他,“你们能提供这种耐压等级就足够了。”
张政脸上一红,声音小了很多,他最近被一会人挤兑批评都有点自卑了,“不分绕组,怎么处理耐压问题?”
“这个简单呀,可以采用双逆变器结构,也可以把简单的整流电路搭成均压桥,解决的方法还有很多,变压器最多分三个绕组就要不稳定了,两个倒是最好,磁路设计一下,采用正反结构正好抵消EMC。”
侃侃而谈,轻描淡写。
“均压整流桥?这你都懂?”张政彻底叹服了,这样一来器件耐压也解决了,EMC也有效控制了。
“略懂,略懂,其实也没什么难的,《电力电子技术》书上都有写。”
有吗?张政拼命地回想着,这本书他还组织出版过一册呢,作为很多学校的教材,怎么不知道整流桥呢?这可是很高深的技术呀。
刘晨在纸上画了一个整流桥,递给张政,“你看这不是很简单吗?每一个整流电路之间加两个电容就行了,桥的内部再各加一个电容,就均压了,还能够滤波,只不过依次下去,电容的取值就很讲究了,必须采用高精度的定制容量。”
张政一看差点儿要哭了,为什么他就没想到呢,越是简单的结构越实用呀,激动地把那张纸紧紧地抓在手里,唯恐风一吹会跑了。
他抑制住询问电容量取值的冲动,这属于研究人员的秘密。
诺敏一直站在一边充当小丫鬟的角色,倒倒奶茶拿拿纸笔啥的,尽管这两人谈论的话题,她是一个字都听不明白,但是觉得好高深,好厉害。
看着刘晨一边说一边画,而大教授则是一副小学生的模样,简直要崇拜死了,眼睛里的小星星一直冒啊冒啊的。(未完待续。)
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晶闸管是功率最大的开关器件,但是频率太低,而MOSFET、IGBT新一代高频开关器件功率受限很大。
张政深知这一点,他参与设计从三侠水电输送到江海的高压直流输电工程,每一个换流阀都是由几百上千个IGBT并联后串联组成,均压和均流非常难以实现,每一个IGBT的驱动信号都采用光纤,只要哪怕有一根头发丝的差距,均压均流失败,那么一个阀内的所有开关都会瞬间烧掉,还会引起可怕的连锁反应。
这种换流阀世界上只有几家公司能够做到,均压均流的工艺要求太高。
即便如此,整个阀的开关频率也就在1000Hz左右。
大功率对开关频率的限制非常大,单一的开关器件达不到要求,频率稍有提高,均压均流的难度成倍提高。
本次开发的高压直流发生器,输出直流要求200kV,电流最高峰值达到800mA,短时最大功率超过160k,单一的开关器件也无法做到,硬开关状态损耗太大,频率一提高,开关寿命成几何级下降。
必须软开关,必须均压均流,还必须要求重量要足够轻,就必须提高频率,这才是一系列提高难度的要素,否则一帮子经验丰富的教授怎会一筹莫展呢。
张政迫不及待向刘晨讨教,心中的疑惑太多。
“怎么会呢?如果开关频率10k的话,我粗略测算,波动会在5%以上。”
“10k?那是远远不够的,这种控制模式的开关频率起码100kHz以上。完全消除开关损耗就是为了高频化,10k的频率量级不需要用这种结构。”
“100kHz?”张政眼睛都瞪圆了,这么高频率,那整体设备的重量肯定大大减轻呀。只是……
“这么高频率,IGBT也达不到,只能采用MOSFET结构的开关器件,单个片子的容量可非常小啊,这又要考虑复杂的均压均流的问题了。”张政苦着脸。他觉得最理想的状况是把频率提高到30k达到平衡。
“这个简单,MOSFET的耐压没问题,就是通过电流偏小,而我们采用这种拓扑结构是在电流为零时切换开关,想到了吗?那就是天然的均流条件呀,只要把几个开关管并联在一起就能解决容量小的问题,根本不需要增加额外的辅助电路均流。”
张政差点儿跳了起来,兴奋地挥舞着拳头,叫道:“对呀,开关容量的问题就解决了。”
略一想还觉得不太对。“这么高频率,控制不好做吧?而且还需要检测谐振电流过零点,控制器反应不过来呀,那稳定性会不会太差了?”
“硬件电路实现确实有点麻烦,不过却并非不可能。”刘晨笑道,他在采用这种结构开发设备时,通常都把频率放在接近200kHz上。
“到底怎么实现呢?能跟我说说吗?”
“这可不是几句话能说清楚呀,张教授。”刘晨笑道,他可不会傻到跟第二次见面的人就和盘托出他掌握的技术,即便对方是谦逊有礼的教授。
张政也明白。这种高深的关键技术,如果他一问,人家就马上告诉他,除非是傻蛋。沉思片刻道:“采用这种结构能否实现在1ms内无超调升压到200kV直流,且重量有严格要求,稳定性还要求运行五年以上,空间EMC不能大。”
刘晨一听就是眼前一亮,这么多苛刻的要求,应用场合不言而喻。大致猜测出这是一个什么工程,仔细地想了想道:“这种特高压直流设备对绝缘要求很高,尤其是频率很高后,采用快速整流二极管,能提供多少耐压等级的器件?”
这都能考虑到,张政心里叹服,眼前的少年人工程开发经验绝对丰富,道:“之前我们都考虑相对低频工况,按照你所说的频率,这种二极管怕是耐压不高,大约20kV的耐压没问题,如此一来,升压变压器的升压侧就需要分成十几个绕组,这恐怕也不稳定吧?”
“为什么要分绕组?”刘晨很奇怪地看着他,“你们能提供这种耐压等级就足够了。”
张政脸上一红,声音小了很多,他最近被一会人挤兑批评都有点自卑了,“不分绕组,怎么处理耐压问题?”
“这个简单呀,可以采用双逆变器结构,也可以把简单的整流电路搭成均压桥,解决的方法还有很多,变压器最多分三个绕组就要不稳定了,两个倒是最好,磁路设计一下,采用正反结构正好抵消EMC。”
侃侃而谈,轻描淡写。
“均压整流桥?这你都懂?”张政彻底叹服了,这样一来器件耐压也解决了,EMC也有效控制了。
“略懂,略懂,其实也没什么难的,《电力电子技术》书上都有写。”
有吗?张政拼命地回想着,这本书他还组织出版过一册呢,作为很多学校的教材,怎么不知道整流桥呢?这可是很高深的技术呀。
刘晨在纸上画了一个整流桥,递给张政,“你看这不是很简单吗?每一个整流电路之间加两个电容就行了,桥的内部再各加一个电容,就均压了,还能够滤波,只不过依次下去,电容的取值就很讲究了,必须采用高精度的定制容量。”
张政一看差点儿要哭了,为什么他就没想到呢,越是简单的结构越实用呀,激动地把那张纸紧紧地抓在手里,唯恐风一吹会跑了。
他抑制住询问电容量取值的冲动,这属于研究人员的秘密。
诺敏一直站在一边充当小丫鬟的角色,倒倒奶茶拿拿纸笔啥的,尽管这两人谈论的话题,她是一个字都听不明白,但是觉得好高深,好厉害。
看着刘晨一边说一边画,而大教授则是一副小学生的模样,简直要崇拜死了,眼睛里的小星星一直冒啊冒啊的。(未完待续。)
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