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近幾年來(lái),為了減緩油氣集輸管網(wǎng)所遭受的地下腐蝕,延長(cháng)管線(xiàn)的使用壽命,各油田配置了多種用于金屬陰極防腐保護的特種電源,從現場(chǎng)使用情況來(lái)看,存在著(zhù)體積大、成本高、容量不足、保護電位穩定性差和可靠性不高等缺陷。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的廣泛應用,采用現代大功率DC/DC變換技術(shù),研制新一代陰極保護特種電源,己成為陰極保護領(lǐng)域的一個(gè)重要的發(fā)展趨向。


  本文提出了一種電荷轉移式零電流開(kāi)關(guān)(CT -ZCS)DC/DC變換器,并依此結合所示的陰極保護原理,構成了一種新型陰極保護特種電源,對其工作原理做了詳細新穎的脈沖頻率反饋控制方法,分析了CT1CS恒電位儀的性能特點(diǎn),并分別給出了有關(guān)。設S1,S2為理想功率開(kāi)關(guān),二者輪流通斷,兩電容的取值滿(mǎn)足在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內,CT-ZCS變換器可分為4個(gè)等效子拓撲,相應的電壓電流穩態(tài)波形見(jiàn)。其中T2零電流諧振開(kāi)關(guān),為電容C諧振充電,電容電壓初值U.(0)= -U2,在諧振半周時(shí)刻達到最大值'S1開(kāi)關(guān)零電流關(guān)斷。此狀態(tài)一直保持到t2時(shí)刻,轉入下一個(gè)拓撲。


  期間:S1己處于截止,在t2時(shí)刻S2開(kāi)始導2與G,構成諧振回路。由于C0C,故C0可以恒壓源等效。t4時(shí)刻u. =0,二極管D開(kāi)始導通。在此期間,C上的電荷量己全部轉移至C.及負載。


  期間:D與S2均導通,由于t時(shí)刻i2>0,此收稿曰期:2005-08-30時(shí)的電感L2儲能使電容電壓在諧振至t5時(shí)刻達到負壓峰測試封裝材料薛勝東:一種新型陰極防腐特種電源0期間:S2已關(guān)斷,D仍處于導通。電感中電流在U作用下線(xiàn)性減小。當一個(gè)周期結束,即t6時(shí)刻4的線(xiàn)性減小可能尚在繼續與下一周期的L諧振充電并行。


  由以上分析可見(jiàn),在整個(gè)過(guò)程中,功率開(kāi)關(guān)SI,S2及二極管D均為零電流導通和零電流關(guān)斷;電容C起著(zhù)雙重作用,一則作為零電流開(kāi)關(guān)的諧振元件,保證功率器件在導通與關(guān)斷時(shí)具有較低的di/dt,二則作為能量(電荷)傳輸從電源Us到U轉移的核心部件;要改變輸出電壓或電流的大小,需要調節功率開(kāi)關(guān)的通斷頻率,即采用脈沖頻率控制方式。


  2CT-ZCS變換器的控制-ZCS變換器工作原理,經(jīng)分析可知,在理想情況下,忽略變換器本身的損耗,則每個(gè)穩態(tài)周期轉移至輸出負載上的能量為:則輸出平均功率:P +Us)f其中,f為電荷轉移頻率;U2的大小近似與L3成比例,通常為了降低器件的應力要求,選擇L3L2,特別是當L3=0時(shí),U2=0,但此時(shí)二極管D的di/dt將明顯增大。由上式可見(jiàn),對變換器輸出功率的調節,就是通過(guò)對電荷轉移頻率來(lái)實(shí)現的。


  根據中參比電位的控制要求而設計的CT換器控制原理圖如所示2,3.采用此控制方案簡(jiǎn)單可并賦予本電源裝置一大優(yōu)點(diǎn),即輸出端不怕短路,因為當輸出電壓過(guò)低甚至為零時(shí),通過(guò)求和環(huán)節,使壓控振蕩器的輸出脈沖頻率限定于某一最低值,從而限定了輸出電流的大小。此外,若反饋信號取自輸出電流,可以實(shí)現穩流輸出。


 ?。╝)所示為樣機實(shí)驗波形。在參比電位保持1. 22V情況下,實(shí)測輸出外特性曲線(xiàn)見(jiàn)(b),最大紋波系數為2.5%.本文討論了一種適用于陰極保護特種電源的CT -ZCS新型功率變換器拓撲,對其工作原理進(jìn)行了詳細分析,結合恒電位儀的研制,提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的脈沖頻率控制方案,闡述了該裝置的性能特點(diǎn),并給出了有關(guān)實(shí)驗波形和輸出外特性的實(shí)測曲線(xiàn)。分析與實(shí)驗結果表明,CT -ZCS變換器具有如下優(yōu)點(diǎn):零電流功率開(kāi)關(guān)有利于降低開(kāi)關(guān)損耗和提高變換器的容量和效率;通過(guò)限定電荷轉移頻率可實(shí)現自動(dòng)可靠的輸出短路保護;既可以實(shí)現恒壓輸出也可以實(shí)現恒流輸出;既可采用GTR,IGBT等可關(guān)斷器件,更宜于采用快速晶閘管或高頻晶閘管,以獲得大容量輸出。


(完)


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