大功率混合式直流開關主電路設計.pdf

1、失超保護開關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)的失超保護開關采用機械開關并聯(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的發(fā)展，混合式直流開關已成為失超保護開關的一大方向。本文的主要工作是開展EAST混合式失超保護開關的可行性分析和主電路設計。
　　首先，本文

2、提出了采用機械開關直接向全控型固態(tài)開關換流，并采用二極管橋式整流拓撲以實現(xiàn)固態(tài)開關雙向通流和關斷的電路拓撲設計方案，闡述了其工作原理。該拓撲能充分發(fā)揮機械開關通態(tài)損耗低，固態(tài)開關無弧快速可控關斷的優(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)開關的電氣設計。建立了基于Foster熱學網(wǎng)絡的器件結溫計算模型，通過仿真計算確定了各型半導體器件在開關工況下的通流能力。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斷試驗，確認普通整流二極管適用于開關工況，驗證了拓撲設計的可行性。根據(jù)仿真計算和試驗結果，得出了器件的選型結論。其后，闡述了固態(tài)開關中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)開關的電路結構設計進行了闡述。電路結構采用堆棧式閥組設計，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構設計和布局。
　　最后，建立了混合式直流開關的仿真