大功率混合式直流開關(guān)主電路設(shè)計.pdf

1、失超保護開關(guān)是超導托卡馬克裝置磁體電源系統(tǒng)的重要組成部分，用于在超導磁體失超時快速泄放儲存在其中的巨大磁場能，對裝置的安全運行具有重大意義。當前EAST極向場磁體電源系統(tǒng)的失超保護開關(guān)采用機械開關(guān)并聯(lián)熔斷器的換流方式，存在開斷后不能自動復位，維護量大的缺點，亟待升級改造。而隨著電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，混合式直流開關(guān)已成為失超保護開關(guān)的一大方向。本文的主要工作是開展EAST混合式失超保護開關(guān)的可行性分析和主電路設(shè)計。
　　首先，本文

2、提出了采用機械開關(guān)直接向全控型固態(tài)開關(guān)換流，并采用二極管橋式整流拓撲以實現(xiàn)固態(tài)開關(guān)雙向通流和關(guān)斷的電路拓撲設(shè)計方案，闡述了其工作原理。該拓撲能充分發(fā)揮機械開關(guān)通態(tài)損耗低，固態(tài)開關(guān)無弧快速可控關(guān)斷的優(yōu)點，并能最大限度地減少全控型器件的使用，控制簡單，可節(jié)省成本和減小空間。
　　其次，完成了固態(tài)開關(guān)的電氣設(shè)計。建立了基于Foster熱學網(wǎng)絡(luò)的器件結(jié)溫計算模型，通過仿真計算確定了各型半導體器件在開關(guān)工況下的通流能力。針對二極管因反向恢復

3、過程而失效的隱患，開展了基本拓撲單元關(guān)斷試驗，確認普通整流二極管適用于開關(guān)工況，驗證了拓撲設(shè)計的可行性。根據(jù)仿真計算和試驗結(jié)果，得出了器件的選型結(jié)論。其后，闡述了固態(tài)開關(guān)中RC緩沖電路和避雷器等輔助電路器件的參數(shù)選取原則。
　　隨后，對固態(tài)開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了闡述。電路結(jié)構(gòu)采用堆棧式閥組設(shè)計，以兼顧器件均流、空間利用和實現(xiàn)難度。給出了具體的IGBT和二極管壓裝閥組三維結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局。
　　最后，建立了混合式直流開關(guān)的仿真