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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、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160kw,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。
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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、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160kw,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。
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