第242章 这章很难懂
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。
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。
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