時間：2023-05-30 10:36:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇高壓電源，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
在星點高壓電源控制系統中，既有模擬信號又有數字信號，數字信號的高電平為5V，低電平為0V，實際的高電平為3.2V以上，低電平為1.4V以下；因此，控制系統所受干擾極易引起數字電路的邏輯狀態發生改變，引起系統的邏輯和時序混亂。另外，由于現場電磁干擾嚴重，影響采集數據的真實性，不利于反饋控制系統工作。針對控制系統的具體情況，其可能的干擾源包括射頻干擾、電源干擾以及信號通道產生的干擾。（1）射頻干擾[3]。射頻干擾指復雜的電磁環境對計算機控制系統及接口電路造成的干擾。實驗證明，現場接地開關的動作產生的干擾及負載設備打火都容易引起控制系統的誤動作。（2）電源干擾[4]。工頻電源電壓的大幅度波動或電流沖擊有可能通過變壓器、整流和穩壓電路進入數字電路，經過濾波，各種高頻輻射干擾有較大衰減，而一些低頻干擾疊加在50Hz電源波形上，難以濾除，形成差模干擾。
此外，還存在著由電力電子和各種繼電器切換時向電網倒灌的瞬態干擾，如浪涌、快速脈沖群等現象。（3）信號通道干擾[5]。相關信號一般需要經過信號調理轉換才能接入控制系統，在信號傳輸過程中存在干擾因素，包括信號間的串擾、阻抗不匹配引起的反射及從信號輸出線間接引入的干擾。若接地不當，地線與接地回路之間也會形成干擾。（a）為現場內的某設備在實驗期間的干擾情況，比較可以發現，實驗期間的電磁干擾相當嚴重。（b）為實驗期間此套高壓電源的一些控制信號和輸出電壓的測量信號，可以發現，在現場的高壓脈沖調制器開通和關斷瞬間，對設備的干擾比較嚴重，圈A和圈B已經表示出來；圈C則是顯示當現場的接地開關動作時，對控制信號和電壓輸出信號造成的干擾，正常的控制信號是在5V范圍以內，而當接地開關動作時，控制信號可以達到10V，這也表明接地開關的動作確實對現場設備造成非常大的電磁干擾；圈D則是顯示在高壓輸出波形上疊加的測量干擾信號，這直接影響控制系統的精準度。由此可見，整個高壓電源控制測量系統工作在一個非常惡劣的環境下，有必要研究并且解決這些問題。
抗干擾設計
提高高壓電源控制測量系統的抗干擾能力可以從硬件和軟件兩個方面考慮。其中，硬件系統的抗干擾設計是提高系統抗干擾能力的根本，軟件抗干擾設計則是主要抑制外來干擾的作用。在這套高壓電源控制測量系統中，進行了大量的抗干擾方面的設計。硬件抗干擾措施
（1）電源[6]。整套控制系統是由工頻電源供電，電網中本身含有浪涌電壓噪聲，同時由于現場的大功率制冷設備運行時也產生較大的高頻尖峰脈沖，為此，需要對電源進行一些處理。首先，整套控制系統采用1∶1的隔離變壓器為整套控制系統提供電源，其初級繞組和次級繞組都是分開繞制，各自加以屏蔽，可以減小初次級之間的分布電容；另外，由于控制接口部分抗干能力弱些，拋開開關電源，制作了高性能直流+5V、+12V、-12V的線性電源，為控制系統的電路提供工作電壓。
（2）濾波和去耦[7]。在接口機箱的電源進線處增加電源濾波器，在電路板的設計上，在沖擊電流較大的器件電源端加旁路電容，對信號處理電路入口處、每一個集成塊電路增加濾波電容。這些措施都可以降低瞬態電流的影響，并且對高頻干擾進行濾波處理。另外，對于抗干擾能力弱、開關電流比較大的器件，在芯片的電源線和地線間直接增加去耦電容。
（3）屏蔽和接地。屏蔽隔離是提高控制系統抗干擾能力的有效措施，將控制系統的接口部分用機箱屏蔽、整套控制系統用機柜屏蔽都能有效減少射頻干擾的影響。對于高壓電纜，采用了屏蔽電纜，抑制它作為噪聲源向外部信號產生干擾。而對于信號電纜，為使其在噪聲環境中不受噪聲的電磁耦合，也采用屏蔽電纜，并且屏蔽體兩端接地，減小回路所包圍的面積，盡量選擇雙絞線作為屏蔽信號導線，減小噪聲電流。考慮系統接地時，將機箱與機柜的外殼與電纜的屏蔽層直接與大地相連，能起到防漏電及屏蔽的效果。為了減小外部環境通過電源線對控制系統形成干擾，控制電路部分采用浮地方式，即將控制電路的地線與外部地線完全隔離，徹底切斷外部干擾通過電源、地線串入數字電路。另外，在接口電路中廣泛采用了光電耦合器件，使控制系統與外界通道做到完全的電氣隔離。
（4）信號通道間的抗干擾。在A/D采集11路信號采用獨立的屏蔽電纜，進入A/D采集卡時采用單端輸入，可以有效地避免信號通道之間的干擾。另外，由于控制系統與外部聯系較多，大多數采用光信號傳輸，遠程的數字信號利用數字光纖，在控制機柜內，專門制作光電/電光信號轉換板，將從其他系統送來的光信號轉換為電信號，同時，送到其他系統的信號也都轉換為光信號后進行傳輸。對于其他系統送來的模擬量，也都進行V/F和F/V轉換后進行傳輸。這些措施，都可以減小信號間的相互干擾以及避免接收其他系統的干擾信號。軟件抗干擾設計軟件抗干擾主要是通過程序設計手段，使系統能識別錯誤操作、錯誤狀態和錯誤信息，避免由此產生系統程序運行方面的錯誤。在這套控制系統中，程序主要處理數字量和模擬量，采用C++[8]編寫軟件，因此，軟件設計時重點在這兩方面進行處理。
（1）數字量的處理。數字量輸入接口的噪聲處理主要是程序延時和對輸入數字量的多次識別，在規定的時間范圍內，進行數字量的多次采樣，然后按位進行邏輯乘，通過比較結果的判斷來鑒別數字量輸入信號的真偽，軟件流程如圖2。（2）模擬量的處理。在整套控制系統中，采集信號的準確度直接關系到控制系統的控制精度，由于高壓輸出要控制在1%的范圍以內，需要根據電壓采集信號進行反饋；另外由于高壓電源的過壓、過流保護相當重要，采集數據的準確度也直接關系到過壓保護和過流保護是否準確到位，當系統出現過壓、過流等情況時，需要立即做出反應，切斷某些控制信號，使相關的控制信號由正值變為負值。基于以上兩點，需要對采集到的數據進行處理，既保證數據采集的準確性，又需要保證程序合理有效地對故障進行反應處理。軟件濾波的方法比較多，有限幅濾波法、中位值濾波法、算術平均濾波法、去最高最低值濾波法、遞推平均濾波法、一階滯后濾波法、加權遞推平均濾波法等。在這套高壓電源控制程序中，針對采樣數據種類的不同，綜合采用了遞推平均濾波法、限幅濾波法、去最高最低值濾波法以及一階滯后濾波法等幾種數據處理方法。
在采集輸出高壓時，在采樣時間允許范圍以內，盡量多采集數據，對這些數據進行去最高最低值濾波，。在測量電機電壓信號時，由于這個信號是用于在程序中前饋使用，變化不是太大，則采用遞推平均濾波法；進行PID控制算法時，采用了一階滯后濾波法。采用這些數字濾波方法以后，可以盡可能避免采集到干擾點，最大限度地使采集值接近真實值。其他抗干擾設計由于整個高壓電源系統復雜，軟件抗干擾和硬件抗干擾不可能解決所有問題，此時，可以嘗試改變數據采集測量點等方法，在滿足數據采集要求的情況下，盡量遠離干擾源。例如，在這套電源控制系統中，由于負載遠離電源，電源與負載之間是通過高壓電纜進行連接，為了采集更為準確的高壓輸出信號，可以在負載側直接進行測量，通過模擬光纖將采集值送到電源控制系統，這樣也能減少電磁干擾。另外，對于接地開關干擾較大的情況，由于高壓電源是脈沖工作方式，則可以采取在保證系統安全的情況下，延遲接地開關的動作時間，避免控制系統在電源工作期間受到干擾。
目前，在科學技術水平不斷進步的推動下，國內外對于高壓開關電源的研究取得了顯著的成果，基本上滿足了當前科研、裝備以及社會生產的需要。然而，隨著相關應用領域的不斷發展，對高壓開關電源性能提出了更高的要求，其現階段面臨的主要難題是高頻、高壓以及大功率。基于此點，本文首先分析了高性能大功率高壓電源面臨的主要技術問題，并在此基礎上就高性能大功率高壓電源的相關技術展開研究。
關鍵詞：高性能；大功率；高壓電源
中圖分類號：TM51 文獻標識碼：A 文章編號：
一、高性能大功率高壓電源面臨的主要技術問題分析
（一）半導體器件
影響高壓開關電源性能的主要因素有主功率開關管的耐壓等級、開關速度、功率容量以及導通降壓等。除此之外，還有二極管的耐壓等級和反向恢復時間。科學技術水平的發展和進步，使高壓、大功率半導體器件在材質和額定值方面獲得了突飛猛進的發展。但是，單個高壓功率開關器件的電壓等級往往無法滿足實際使用要求，這使得電源系統的電壓等級遭到了一定程度的限制。為獲取更高的電壓，就需要將更多的功率開關器件進行串聯。因半導體器件本身參數具有一定的離散性，當開通或是關斷的瞬間，串聯器件很難實現自動均壓，從而導致各個器件所承受的電壓全不相同，致使某些開關管會因為過電壓而損壞，這樣一來便會導致整個電源系統的可靠性降低。為此，必須增設相應的輔助均壓電路，而這樣勢必會造成主電路的復雜程度增加，并且還對驅動信號的一致性要求非常高。所以，提高單個功率開關器件自身的電壓等級，對于提高高壓開關電源的電壓等級和可靠性非常重要。
（二）高頻高壓變壓器
一直以來，國內使用的高壓電源中，變壓器的工作環境都是在工頻狀態下，致使變壓器本身的體積較為龐大，設備相對比較笨重。隨著近些年來電力、電子技術的不斷發展和完善，使得高壓開關電源逐漸向高頻化方向發展，電路當中高頻高壓變壓器的大量應用，替代了中頻變壓器。當前，高壓電源高頻化發展的主要影響因素是高頻、高壓變壓器，具體體現在如下幾個方面上：
1.因高頻、高壓變壓器的整體體積縮小，與耐壓問題形成了非常鮮明的矛盾沖突。這里所指的耐壓問題主要包括高壓邊對原邊的耐壓、高壓邊端部的耐壓以及高壓邊對鐵芯的耐壓。由于變壓器自身體積的縮小，使得絕緣距離受到了一定的限制。此外，想要進一步提高絕緣就必須使高壓邊與原邊及對鐵芯的距離越大越好，這樣一來又會與降低漏感有相產生矛盾。
2.通常情況下，較高的輸出電壓對變壓器的變比要求也相對較高，而當變比較大時，勢必會導致變壓器的非線性增加，從而會使漏感與分布電容相應增大，線路當中漏感的存在有可能引起電源關斷時出現浪涌電壓，這部分電壓容易使開關管損壞。由此可見，高壓變壓器的變比不能過高。
3.磁芯材料的性能。在高頻工作狀態下，磁芯材質的性能對變壓器以及整個電源系統的性能都會產生出較大的影響。高頻、高壓變壓器采用的磁性材料應當符合以下要求：較高的飽和磁通密度和居里溫度以及較低的功率損耗。無論控制驅動以及逆變電路的性能有多好，大多數高壓開關電源還都需要采用高頻、高壓變壓器進行升壓，并由此獲得所需要的高壓輸出，可見，變壓器的設計是高壓開關電源研制的關鍵之所在。
二、高性能大功率高壓電源的相關技術研究
（一）高壓電源的并聯均流技術研究
在具體的工程應用中，為獲得大功率的供電電源系統，往往會采用多個電源模塊進行并聯的方式來達到功率合成的目標。但是，因為這些并聯的電源模塊之間存在特性上的差異，從而會導致模塊間所分擔的電流不一致，電流分擔較多的模塊熱應力相對較大，并且還有能出現過載的情況，容易使模塊損壞，為此，必須采取相應技術措施解決這一問題，而并聯均流技術是確保并聯電源系統穩定運行的關鍵技術。對于由多個功率模塊并聯構成的電源系統而言，必須滿足以下幾點要求：其一，各個并聯運行的電源模塊都應當能夠均勻分擔負載總電流；其二，電源系統中采用的均流控制技術應當簡單易行，并且要具有較強的抗干擾能力，同時還應具備良好的均流瞬間響應，當輸入電壓或是負載電流發生變化時，不會由于均流的過程而對輸出電壓的穩定性造成影響；其四，所采用的均流技術應當與整個電源系統的冗余設計相結合，這樣有助于提高系統的運行可靠性及維修性。在電源系統中，自動控制技術的應用使電源并聯均流技術日益成熟和完善，現階段，用于均流的主要方法有以下幾種：
1.外特性下垂法。該方法具體是指借助調節電源模塊的外特性曲線斜率實現并聯均流。某電源的外特性曲線如圖1所示，其中曲線斜率即輸出阻抗Z，它是負載電流變化量與模塊輸出電壓變化量的比值，即。
（a）斜率曲線（b）阻抗等效
圖1 功率變換模塊的外特性曲線
若是可以使兩個模塊的輸出阻抗接近于相等，則它們之間的斜率便會具備極為相似的外特性曲線，這樣一來便能夠達到均流的效果。較為簡單的做法是對輸出阻抗進行調整，如圖2所示。
圖2 整輸出阻抗法
圖2中給出的電路是由兩級放大器構成，其中前級為電流放大器，后級為電壓放大器，當該模塊中的電流檢測信號增大時，會導致降低，其輸出電壓也會相應隨之下降，而此時的外特性會向下傾斜，并接近于其它模塊的外特性，由此便可以實現均流的目的。經大量的實踐的證明，這種方法是可行的。
2.自動均流法。該方法又可分為平均電流法和最大電流法兩種。前者的優點是能夠實現精確均流，缺點是當并聯運行中的模塊有某一個無法正常運行時，容易導致均流母線電壓下降，從而造成各個模塊的電壓下降；后者由于是采用緩沖放大器提供電流信號，故此能夠確保模塊中輸出電流最大的模塊為主模塊，這樣便可以低阻抗來驅動均流母線。
3.外加控制器。這是一種非常簡單易行的均流方法，具體是指在并聯運行的各個模塊電路中增設一個專用的均流控制器，借此來使各模塊實現均流。經實踐表明，采用該方法能夠實現各個模塊的均流，但在設計和調試過程中必須做到精細，否則會影響系統的運行穩定性。
（二）串聯諧振變換器
諧振變換器大體上可分為以下三類，即串聯諧振、并聯諧振及混合諧振。本文重點對串聯諧振變換器進行研究。
串聯諧振變換器分為全橋型和半橋型，如圖3所示。
（a）全橋型 （b）半橋型
圖3 串聯諧振變換器主電路
上圖中的負載電阻是直接通過整流電路與諧振電路進行串聯，除此之外，還可以先經由變壓器，然后通過整流橋與負載進行連接，這樣一來，變壓器不但具有電壓變換作用，而且還具有隔離作用。由于全橋型電路與半橋型在工作原理上基本相同，為此下面的分析僅以半橋型為例。按照開關的實際情況以及諧振電感電流的方向，變換器一般都會存在四種開關模態，它們的電路結構完全相同，只是電源電壓不同，由此便可將它們統一為一個電路，通過這個電路能夠得出不同開關模態下諧振電感電流和諧振電容上的電壓的統一表達式，進而得出等效電源電壓與導通器件和諧振電感電流這三者之間的關系。經分析后得出如下結論：當變換器回路中的電流接近于正弦波時，能夠使電磁干擾顯著降低，并且變換器本身還能具備自動過載保護功能。
參考文獻
[1]楊雷.傅鵬.劉小寧.潘圣民采用脈沖階梯調制技術的50kV、100A直流高壓電源設計[J].高電壓技術.2009(9).
[2]蘭柏.楊嘉祥.王新掌.周利柱.高頻高壓交流電源的研制[J]裝備制造技術.2012(7).
1實驗器材
礦泉水瓶2個，50 mL的一次性注射器1枝，打火機壓電電源1個，皮試注射器1枝，電吹風1把，酒精、導線和棉線等.
2裝置制作
高壓電源的制作.用打火機的壓電電源作高壓電源，把2根細軟的膠皮導線（長約1m，可用鼠標線）與壓電電源的2個電極連接起來，作高壓電源的輸出導線.2根輸出線導的另一端打上結，使2個線頭并列在一起（線芯之間相互絕緣）作放電電極.為了便于實驗操作，可用木塊作手柄，把打火機壓電電源固定在手柄上，如圖1中的“電源”.
分裂體的制作.選取2個相同的礦泉水瓶作分裂體，把其中一個礦泉水瓶的瓶底切除掉，用電烙鐵在另一個瓶底的中央開個直徑約1 cm的圓孔，作氣流的噴射孔.再將1根粗棉線（長約2 m）的兩頭分別栓在這2個礦泉水瓶的瓶頸上，如圖2所示.棉線的作用是限制兩瓶在內力作用下分裂后的飛行距離，防止損壞其它器物，同時也便于回收和整理實驗器材.也可用50 mL的一次性注射器作分裂體，如圖2所示.實驗中，注射器在內力作用下分裂成注射筒和活塞兩個部分.
3實驗方法
3.1礦泉水瓶作分裂體的演示方法
用皮試注射器抽取約1 mL（夏天可取0.5 mL）的無水酒精，注入到底面開有圓孔的礦泉水瓶內，搖晃瓶體使酒精蒸氣充滿瓶內空間，然后把高壓電源的輸出導線（放電電極）從瓶底的圓孔插入到瓶內，再把另一個去底的礦泉水瓶的底部套緊在此瓶底部上，電源導線從兩瓶的接縫處伸出瓶外，如圖1所示.
在黑板上畫1條長約60 cm的直線，直線兩端用磁鐵各固定1個的圓盤作箭靶.直線中段用磁鐵固定1塊直角板作底托，然后把上述分裂體平放在底托上，如圖3所示.按壓電源的壓電按鈕，使瓶內電極產生火花放電而點燃酒精蒸氣.酒精蒸氣猛烈燃燒產生高溫、高壓的燃氣，把對接成一體的2個瓶體炸裂開來，并擊中各自所對的箭靶.實驗說明：對接成一體的2個瓶體在內力的作用下分裂為兩個部分時，它們的運動方向是相反的.
3.2注射器作分裂體的演示方法
注入到筒內的酒精約0.3 mL即可，筒內容積控制在50 mL左右.其它與上述實驗方法相同.
法拉第籠用金屬或者良導體材料。法拉第籠是以電磁學的奠基人、英國物理學家邁克爾·法拉第的姓氏命名的一種用于演示等電勢、靜電屏蔽和高壓帶電作業原理的設備。
它是由籠體、高壓電源、電壓顯示器和控制部分組成，其籠體與大地連通，高壓電源通過限流電阻將10萬伏直流高壓輸送給放電桿，當放電桿尖端距籠體10厘米時，出現放電火花。
（來源：文章屋網 ）
電子示波器在使用過程中，經常會出現"輝度"控制不正常的故障現象，即調節"輝度"控制旋鈕，示波管屏幕上顯示波形的輝度很亮，不能調暗；或者波形的輝度暗淡，不能調亮；甚至顯示不出波形，即無法調亮。根據電子示波器的基本電路結構可知，產生輝度控制不正常的故障原因有兩個，一是示波器本身有問題，再就是示波器的高壓電路有問題，茲分述其檢修方法與步驟如下：
(1)如果示波管內部的真空度下降，即存在輕微的漏氣問題，則管內的空氣會被快速運動的電子束電流所電離，從而大大增強第三陽極（A3）的電流，導致顯示的波形無法調暗。或者由于示波管的柵極管座焊片接觸不良而發生斷路，此時電子束電流最強，并且不受控，導致顯示的波形無法調暗。兩者情況的區別是，前者在整個屏幕范圍會呈現"散光"現象，而后者只受"聚焦"控制的作用。檢修時，對于前者可采用"器件替代法"加以確定；對于后者可在示波器通電的情況下，采用"測量電阻法"檢測示波管的柵極管腳和管座上相應焊片之間的通路電阻加以判斷，并進行必要的修整。
(2)如果示波管的陰極發射能力下降了，即存在衰老問題，則管內的電子束電流變弱，導致顯示波形的輝度暗淡而不能調亮，甚至顯示不出波形來。檢修時可采用"改變現狀法"，即設法提高示波管燈絲的供電壓（7~8V），或者短路示波管陰極串聯電阻（RK），以便增大電子束電流，使顯示波形的輝度有所改善。但歸根結底還是要更新示波管才能根本解決問題。
(3)示波管的高壓電路是指供應示波管各電極用的正、負直流高壓電源，以及相應的分壓電路。如圖示出普通示波管的高壓電路原理圖。這里R1、W、R2、R3等組成"-1500V"直流高壓電源的分壓電路。調節電位器W1的活動點，可使示波管的柵極G對陰極K之間的電位差在"-10V"至"-100V"范圍內變化。"-10V"工作點相當于"輝度"最亮；"-30V"工作點相當于"輝度"暗淡；"-40V"至"-100V"工作點相當于暗區。
如果分壓電阻R2后邊各電阻元件存在變值、虛焊、損壞等問題，即分壓電路斷開了，使得G-K之間的電位差不能調到暗區，因而出現顯示波形不能調暗的故障現象。檢修時，可在通電的情況下，采用"測量電壓法"和"改變現狀法"檢測示波管G-K之間的電位差是否正常。即一邊調節"輝度控制"電位器W1，一邊使用高輸入阻抗的直流電子電壓表檢測G-K之間的電壓值。或者在不通電的情況下，采用"測量電阻法"檢測各分壓元件的阻值與通路情況，以便發現問題。
如果分壓電阻R1和W1存在虛焊或損壞等"斷路"問題，則示波器管G-K之間的電位差將大大超過"-100V" ，導致無波形顯示的故障現象，檢修時，可采用"測量電壓法"或"測量電阻法"予以確定。 如果分壓電阻R1變值或者示波管第三陽極A3的插帽脫落，將會出現顯示波形暗淡并無法調亮的故障現象。檢修時，可采用"不通電觀察法"和"測量電阻法"予以確定。
(4)現代的電子示波器大都采用快速高靈敏度的示波管作為顯示器件，它的示波管高壓電路使用"-1100V"和"-1250V"兩組負高壓，分別作為"輝度"控制和"聚焦"控制的分壓電路的直流電源，其目的是為了減少"輝度"控制和"聚焦"控制相互之間對顯示波形的影響，以提高示波器工作的穩定性。但是，如果這兩組負高壓之一的電壓值發生變化，或者這兩組分壓電路中的電阻元件存在變值、虛焊、損壞等問題，都將會導致波形的"輝度"控制不正常。 示波管G4-1的柵極G和陰極K之間的電位差最大為"-150V"，此時沒有電子束電流，亦即無波形顯示。但是借助R4、W2和W等電阻元件組成的分壓電路，可使調節"輝度"控制電位器W時，示波管G-K之間的電位差能在"-10V"至"-100V"范圍變化，既可調亮也可調暗，從而實現正常的"輝度"控制。這里，W2是內部分壓調整器，用來補償分壓電阻的變量；RK是示波管陰極的串聯電阻，用來限制電子束電流的大小。 如果"-1250V"負高壓電源的輸出偏低（即電壓絕對值小于1250V），或者分壓電路中W4前邊的電阻元件之一存在變值、虛焊、損環等問題，則示波管G-K之間的電位差可能調不到"暗區"（VG-K
如圖1所示是靜電除塵器示意圖，A接高壓電源正極，B接高壓電源的負極，A、B之間有很強的電場，空氣被電離為電子和正離子，電子奔向正極A的過程中，遇到煙氣的煤粉，使煤粉帶負電，吸附到正極A上，排出的煙就成為清潔的了.已知每千克煤粉會吸附n mol電子，每晝夜能除煤粉m kg，電子電荷量設為e，阿伏伽德羅常數為NA，一晝夜時間為t，計算高壓電源的電流強度I.
原解 由于電離出的氣體中的電子和正離子帶同樣的電荷量，則流過電源的電荷量q跟煤粉吸附的電荷量q′的關系是：
q′=q2，
而
q′=mnNAe，
所以
I=qt=2q′t=2mnNAet，
即流過電源的電流強度為2mnNAet.
分析 本題考查靜電除塵原理、電流強度定義以及有關物質的量計算等物理知識，解答應較簡單.但原解析的“由于電離出的氣體中的電子和正離子帶同樣的電荷量，則流過電源的電荷量q跟煤粉吸附的電荷量q′的關系是：q′=q2”這句話是解此題的依據，但此說法不妥，值得商榷.事實上，流過電源的電荷量q跟煤粉吸附的電荷量q′是相等的，即兩者的關系是：q′=q！
要想明白其中的原因，還得從靜電除塵的原理——電暈放電說起.
如圖2所示為靜電除塵的示意簡圖，金屬管A接高壓直流電源的正極，金屬絲B接負極，這樣A、B之間就形成了極不均勻的輻射狀靜電場，如圖3所示.充當陰極的金屬絲B曲率半徑很小，附近的電場強度特別大，B附近的空氣分子被強電場電離為電子和正離子——電暈放電，正離子被吸到B上得到電子又成為分子；而電子在電場力作用下向陽極A運動，在運動過程中與粉塵相碰，則使粉塵荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外，而沉積在陽極板上的粉塵最后在重力作用下落入下面的漏斗.
正解 從上面的原理中可以得知，只有陰極——金屬絲B附近的空氣分子被電離，且電離出的正離子在被吸附到陰極B之前聚集在B附近，電離出的電子（與粉塵結合）在電場力作用下奔向并吸附到陽極！換言之，電路在A、B之間的任何一個電路截面（形為圓柱側面）幾乎只有單一正電荷或單一負電荷通過！根據電流強度的定義和串聯電路電流處處相等的性質可知：在任意一段時間內，到達陽極A的負電荷量和到達陰極B的正電荷量相等，均等于流過電源的電荷量，并等于這段時間內到達A內壁的煤粉吸附的電荷量！所以流過電源的電流強度I應該等于
I=qt=q′t=mnNAet，
而不是
2mnNAet.
【關鍵詞】 高層建筑 消防供配電
1 規范對高層建筑消防供配電的要求
根據《高層民用建筑設計防火規范》（以下簡稱“高規”）規定，一類建筑應按一級負荷要求供電，即應由兩個獨立電源供電，二類建筑應按二級負荷要求供電，即應由兩回路電源供電。
1.1 消防電源的構成
通常認為主電源和應急電源構成消防電源，正常時消防用電設備由主電源供電，當主電源發生故障時則由應急電源供電。
1.2 常用的高層建筑消防電源
方案1為雙電源高壓單母線不分段供電方式，兩回路高壓電源，正常時一用一備。這種方式供電的可靠性較差，一般不宜用在高層建筑。
方案2為雙電源高壓單母線分段方式，兩回路高壓電源同時供電，互為備用。這種方式的供電可靠性較高，尤其對消防用電設備的兩個電源要求在最末一級自動切換的規定易于實現，目前較常用的主接線方式。
方案3為三電源高壓單母線分段方式，三回路高壓電源，正常時為兩用一備。這種接線方式具有較高的可靠性，適用于一級負荷中大容量的重要用戶。
方案4為規模較小的高層建筑，由于用電量不大，當地獲得兩個電源又較困難，附近又有380V的電源時，可采用一路高壓電源作為主電源，380V電源作為應急電源。如果經濟允許，也可采用柴油發電機組作為應急電源。
2 高層建筑消防供配電方式要求
目前高層建筑中，最常用的供電方式就是在雙電源的基礎上增配柴油發電機組作為應急電源，即滿足一級負荷別重要的供電要求。
2.1 消防配電方式
常用低壓配電有放射式、樹干式、混合式三種，其中混合式綜合了放射式和樹干式的優點，是目前高層建筑用得最多的一種消防配電方式。
2.2 目前幾種常用的消防配線方式
（1）在普通電纜外壁涂防火涂料保護；（2）穿金屬管或PVC塑料管明敷在墻體上，外壁涂刷防火涂料保護；（3）穿金屬管或PVC塑料管暗敷設在不燃燒體結構內；（4）導線的絕緣或護套采用高氧指數（一般>30）的阻燃材料；（5）使用一種不燃無機材料作為耐火型絕緣層。
2.3 根據“高規”規定，消防用電設備的配電線路應符合下列要求
（1）當采用暗敷設時，應設在不燃燒體結構內，且保護層厚度不宜小于30mm。（2）當采用明敷設時，應采用金屬管或金屬線槽上涂防火涂料保護。（3）當采用絕緣和護套為不延燃材料的電纜時，可不穿金屬管保護，但應敷設在電纜井內。
3 杜爾伯特人民醫院消防供配電的可靠性分析
3.1 建筑的基本情況
杜爾伯特蒙古族人民醫院主樓高44m，屬一類高層民用建筑。高壓供電采取雙電源單母線分段方式，無應急柴油發電機組。低壓配電方式采用混合式，消防電源分別取自兩段母線并在末端配電箱處自動切換。
3.2 醫院主樓消防設備供電的可靠性分析
醫院主樓已有兩個電源供電，消防控制室、消防電梯等消防負荷的供電在最末一級配電箱處設置自動切換裝置，基本符合“高規”對一類高層建筑的供電要求。但是，這兩回路電源取自同一變電所，實則是一個電源，當電網或變電所發生事故時，不能保證消防設備的供電。另外，當非消防負荷故障時，有可能使變壓器出現自動空氣開關跳閘（當母線檢修時，該開關也要斷開），如果此時另一路供電由于管理不善或超負荷運行時間過長等原因又發生故障，就會造成電網供電全部中斷。
3.3 解決方法
解決問題的最佳方案是增配應急柴油發電機組，從保證消防設備供電的可靠性和經濟合理性等方面考慮，一類建筑應在原來雙電源的基礎上增配應急柴油機組，二類建筑則應推薦配備應急柴油機組。原因分析如下：
（1）可靠性分析。根據規范要求，一類建筑的消防設備應有兩個獨立電源供電。但是，供電部門往往不能滿足這個要求，只從電網取兩回路電源不能保證消防設備供電的可靠性。
（2）合理性分析。“高規”規定，消防設備供電應按《供配電系統設計規范》要求設計。而該規范規定的一級負荷別重要負荷并未涉及消防負荷，其消防供電只需有兩個電源就可以滿足規范要求。認為，這樣的規定是不合理的。尤其對新出現的超高層建筑的消防負荷沒有要求增配柴油發電機組，顯然是不符合實際情況的。
另外，據調查，雖然規范沒有規定，但目前新建的一類建筑和一些二類建筑均安裝了應急柴油發電機組。現行“高規”對消防配電線路要求也有一些不合理的地方，就原因分析如下：
（1）現行“高規”沒有給出線路耐高溫限度與時間限度，這與“以性能為基礎”的建筑防火設計發展方向是相違背的。
（2）現行“高規”未能反映新型管材的發展，只規定采用金屬管。實際上我省生產的難燃PVC管在許多工程中已代替金屬管得到廣泛應用，而且也能滿足電線電纜的防火要求。
（3）穿金屬管或PVC管明敷外壁涂防火涂料保護時，一般防火涂料的有效期較短，往往過幾年就失去耐火性能。認為規范應當提出相應的措施
4 結語
綜合考慮可靠性、經濟性和工程實際情況，一類高層建筑必須在雙電源的基礎上增配柴油發電機組作為應急電源，二類建筑應推薦配備柴油發電機組。在保證電源供電的同時，還應根據消防配電線路所處的環境及重要程度積極而又合理的選用電線電纜。
參考文獻：
關鍵詞：電子加速器；低能；自屏蔽；臥式角尺型
1概述
中國國內高頻高壓型電子加速器經過30年的生產消化，目前電子加速器性能已經比擬美國IBA產品，甚至某些性能已經超過其同類產品。在低能電子加速器中，0.5MeV和0.8MeV自屏蔽加速器應用最為廣泛，電子加速器性能也有了很大的提升。但是在追求電子加速器高性能的同時忽略了電子加速器結構優化和輻照產品的適用性，結構布局一直沿用了傳統方式，并沒有太大的改變。
優化電子加速器的結構，迎合市場發展、在提升加速器性能的同時，充分掌握電子加速器理論、結構、力學和工藝等各方面知識；從而合理性、適用性和安全性出發，開發不同結構的電子加速器，以滿足不同的產品和使用要求。
根據輻照產品的不同和電子加速器結構特點開發自屏蔽體和束下傳輸裝置，以達到不同產品的輻照要求，具有結構緊湊、操作方便、維修簡單和安全可靠等特點。
2 全臥式自屏蔽電子加速器結構
2.1 全臥式加速器。全臥式結構采用角尺型全臥式結構。角尺型全臥式結構（見圖1）是國內加速器制造企業吸收國外角尺型電子加速器技術，在角尺型電子加速器技術的基礎上自主研發的一種全新機型。
角尺型結構設計時將高頻高壓電源與加速管束流引出分成兩個部分，在結構布置上形成直角連接，采用臥式角尺形設計，只需對電子加速管及束流引出部分進行屏蔽，而高頻高壓電源部分不需要屏蔽，高頻高壓電源部分臥式結構，便于維修內部倍壓系統及高頻電極板組件，并且由于加速管置于獨立鋼筒內，二者互不干擾，檢修調試時更便于判斷故障點所在。
角尺型全臥式電子加速器是將角尺形電子加速器垂直安裝的加速管及束流引出部分水平安裝。在技術上克服電子加速器加速管、倍壓系統水平安裝變形、加速管鋼筒水平移動、鈦窗及真空管件水平安裝等問題。（1）加速管水平安裝是此類型電子加速器重點解決問題，支撐機構保證加速管水平安裝的變形問題，并且支撐機構必須保證絕緣要求。（2）倍壓系統、高頻電極板臥式安裝同樣需要保證支撐問題，保證強度要求和變形量要求。（3）鈦窗與真空管道水平安裝，重點考慮各密封面密封圈的更換，由于在輻照的過程中產生大量的臭氧，臭氧具有高腐蝕性，必須考慮更換的便捷性。
2.2 自屏蔽體。屏蔽體采用前后開合結構，前半部分屏蔽體內部安裝束下傳輸裝置，可通過走行腳輪電機帶動前后移動。后半部分屏蔽體安裝鈦窗及真空管件，所有預埋穿線孔設定在一個集成屏蔽盒里，整體安裝在后半部分屏蔽體內后下方。由于臥式結構，鈦窗水平安裝架空在屏蔽體中部，因此在屏蔽體內部鈦窗的上下左右位置非常寬敞，維護檢修方便。屏蔽體整體結構采用矩形設計，形狀規則，屏蔽計算簡單，制造方便。按照國標定義，任何一年的有效劑量為50mSv。而根據最優化原則，屏蔽防護設計時，職業放射工作人員的年劑量目標值不高于5mSv。
2.3 束下傳輸系統。從圖2可以看出，束下傳輸裝置安裝在屏蔽體前半部分里面，成垂直安裝狀態，輥筒軸穿過屏蔽體在屏蔽體外端安裝滾動軸承，所有傳動部件均安裝在屏蔽體外面，保證所有旋轉部件和傳動部件不被電子束照射和臭氧腐蝕，保證相關部件的使用壽命。由于屏蔽體內空間較小，熱量得不到及時散發，在大束流輻照的過程中，屏蔽體內部溫度較高，因此輥筒內部必須通水冷卻，并且需要對分線輥等不通水部件進行吹冷卻風冷卻。需有穿線或片的時候，屏蔽體前半部分移出，整個束下傳輸裝置暴露在面前，操作人員只需站在地上即可進行穿線作業。
3 結構特點
3.1 操作。束下傳輸裝置采用垂直安裝結構，整體安裝在屏蔽體的前半部分，在進行穿線、穿片操作時，把屏蔽體前半部分電動移出即可，操作簡單、安全可靠。采用角尺型結構設計，高頻高壓電源部分無需屏蔽處理，只需對加速管鋼筒進行屏蔽即可達到屏蔽要求，由于加速管鋼筒上沒有接線口等不規則接口，屏蔽處理簡單、方便。并且節省屏蔽材料，從而降低設備成本。
3.2 檢修維護。全臥式自屏蔽加速器高頻高壓電源部分和加速管束流引出部分均為水平安裝，在維修時，沿鋼筒底板軌道方向移出鋼筒即可對上述鋼筒內部元器件進行檢修，并且維修人員無需爬高、無需吊裝，在地上即可進行操作。鈦箔是電子加速器的易損元件，需要定時更換或檢修，由于鈦窗水平放置后，維修人員只要站在鈦窗前面即可操作。整改鈦窗暴露在面前便于真空檢漏、更換鈦箔和觀察鈦箔使用情況。
3.3 廠房要求。由于加速器采用角尺型全臥式結構，加速器整體高度很低，設備高度主要考慮束下結構尺寸要求后的屏蔽體高度。并且無需配備行吊等起重設備。全臥式自屏蔽加速器在設計時充分考慮用戶立場，在屏蔽體上把臭氧風機、鈦窗冷卻風機安裝位置、管道走向等輔助設備集成設計。用戶只要考慮地面承重問題，無需做管道預埋等輔助工作。
4 結束語
隨著電子加速器的不斷成熟，在追求電子加速器性能的同時必須對電子加速器的結構、用途、工藝特點等，從用戶的角度出發，不斷優化電子加速器結構，只有這樣才能進一步的迎合市場需求和時代的發展。
參考文獻
[1]國家標準.GB1887-2002.電離輻射防護與輻射安全基本標準[S].2002，
10.
一、電力系統穩定性
電力系統的任務是向用戶提供源源不斷、質量合格的電能。由于電力系統各種設備,包括發電機、變壓器、輸電線路、斷路器等一次設備及與之配套的二次設備,都會發生不同類型的故障,從而影響電力系統正常運行和對用戶正常供電。電力系統穩定可以概括的定義為它能夠運行于正常運行條件下的平衡狀態,在遭受干擾后能夠恢復到可以容許的平衡狀態。保證電力系統穩定是電力系統正常運行的必要條件。只有在保持電力系統穩定的條件下,電力系統才能不間斷地向用戶提供合乎質量要求的電能。
二、為什么要提高電力系統的穩定性
電力系統是由發電、供電和用電設備組合在一起的一個整體,各設備之間相互關聯,某一個設備運行情況變化(如參數改變、發生事故等),都會影響到其他設備,有時甚至會波及整個電力系統。因此,當電力系統的生產秩序遭受擾亂時,系統應能自動迅速消除擾亂,繼續正常工作,這就是電力系統應該具備的穩定運行能力。這種能力的大小取決于系統結構、設備性能和運行參數等多方面的因素。如果超過穩定運行能力的限度,電力系統就會失去穩定,發電機就不正常發電,用戶就不能正常用電,并且引起系統運行參數的巨大變化,往往會造成大面積停電事故,會使生產停頓,生活混亂,甚至危及人身和設備的安全,給國民經濟造成極大損失。可見電力系統穩定運行是關系安全生產的重大問題。
電力系統穩定分為兩類:靜態穩定和動態穩定。靜態穩定是指發電機在穩定狀態運行時,經受某種極其微弱的干擾后,能自動恢復到原來運行狀態的能力,其恢復到原來運行狀態的能力用靜態穩定儲備系統來衡量。電力系統具備靜態穩定性是正常運行的基本條件。動態穩定是指電力系統受到大的干擾時,如大容量負荷突然切除、發生短路故障等,能從原來的狀態迅速過渡到新的運行狀態,并在新的狀態下穩定運行的能力。
三、電力系統穩定運行的基本要求
1、供電可靠性高
電力系統運行可靠性就是系統承受擾動的能力,可以以系統的穩定程度來描述。系統穩定又可分在系統中常發生的小擾動時的靜穩定性和大擾動時的動穩定性。擾動是多種多樣的,如輸電線短路、增加負荷或甩負荷等。電力系統可靠性取決于發供電設備和線路的可靠性、電力系統結構和接線、備用容量、運行方式(靜態穩定和動態穩定儲備)以及防止事故連鎖發展的能力。
保證供電可靠性,首先要求系統元件的運行具有足夠的可靠性。元件發生事故不僅直接造成供電中斷,而且可能發展成為全局性的事故。經驗表明,電力系統的全局性事故往往是由于局部事故擴展而成。其次要求增加抗干擾能力,保證不發生或不輕易發生造成大面積停電的系統瓦解事故。為此,除了要不斷提高運行人員的技術水平和責任心外,還要采用現代化的監測、控制設備。
2、電能質量高
電能質量以電壓、頻率以及正弦交流電的波形來衡量。用電設備是按額定電壓設計的,實際供電電壓過高或過低都會使用電設備的運行技術指標、經濟運行指標下降,甚至不能正常工作。一般規定,電壓偏移不應超過額定電壓值的士5%。頻率的變化同樣影響用電設備的正常工作,以電動機為例,頻率降低引起轉速下降,頻率升高則轉速上升,對轉速有嚴格要求的部門,如紡織廠,其產品的質量可能降低。電力系統規定,頻率偏移應不超過±0.2-0.5Hz。
隨著自動化及電子技術應用的發展,接入系統整流設備的增多,引起諧波比重增大,如不采取嚴格的濾波措施,將對用戶產生不利影響。因此檢測和控制諧波開始成為維護電能質量的重要一環。
3、電網結構和設備選用合理
一個穩定的電力系統要有合理的電網結構。為保持電力系統正常運行的穩定性和頻率、電壓的正常水平,系統應有足夠的靜態穩定儲備和有功、無功設備備用容量,并有必要的調節手段,在正常負荷波動和調節有功、無功潮流時,均不發生自發振蕩-在正常方式下,系統任意一個元件發生單一故障時,不應導致主系統發生非同步運行,不發生頻率崩潰和電壓崩潰,在事故后經調整的運行方式下,電力系統應有符合規定的靜穩定儲備,其他元件按規定的事故過負荷運行。
4、工作人員技術過硬
工作人員必須認真學習設備工作原理和操作規程,熟悉電力系統正常運行和特殊運行方式,掌握繼電保護及自動裝置整定方案和工作原理并能正確運用;有操作性強的緊急預案,掌握事故處理的原則和方法;堅持巡視制度和交接班制度,對電力系統內的設備定時巡視,對當前的設備運行狀況做到心中有數,并對當班的主要工作做好事故預想,提前做好應對措施,以便在發生異常時能及時果斷處理。
四、提高電力系統穩定性的措施實倒
廣電中心電力系統按其使用性質分類,屬一級重要負荷。現有二路高壓進線,四臺低壓變壓器為廣電中心各負荷供電。如果電力系統運行中出現不穩定事故,將會波及到電視、廣播、有線網絡、微波信號傳輸,其后果是極為嚴重的。因此,防止電力系統穩定性被破壞,爭取不發生系統瓦解和長時間大面積停電,是廣電中心電力系統運行的一項重要任務。為提高廣電中心電力系統的穩定性,采取三項措施:高壓側采用自動互投、低壓側采用手動互投、負荷側采用互投配電箱。
1、高壓側采用自動互投
采用高壓側自動互投,可以保證雙路高壓電源供電時,其中一路高壓電源發生故障時,自動由另一路高壓電源為下端變壓器提供電源,不至于造成長時間停電事故。廣電中心配電室采用雙回路高壓進線,兩路電源分別來自于不同的開閉所,每路高壓進線連接兩臺變壓器。正常運行時,兩路高壓母線均帶電,分別給各自連接的變壓器供電,中間的母聯開關聯絡斷開。一旦其中的一路高壓電源失電,二次系統會立即判斷出有一路高壓進線電源發生故障,報警,同時母線聯絡刀閘自動合閘,四級變壓器將改由另一路下常的高壓電源供電。
2、低壓側采用手動互投
采用低壓側手動互投,可以保證一臺變壓器發生故障時由另一臺正常工作的變壓器為故障變壓器的負荷提供電源。可以根據負荷容量,有選擇地切斷不重要的負荷,保證重要負荷的供電。正常運行時。四臺變壓器分別為各自連接的負荷提供電源,1#變壓器與2#變壓器、3#變壓器與4#變壓器之間的母線聯絡開關均為斷開。現在1#、2#變壓器為例,一旦l#變壓器發生故障,可根據實際需要,由工作人員手動操作,有選擇地切斷部分不太重要的負荷,合上1#、2#變壓器間的母線聯絡開斷,由正常工作的2#變壓器為選定的負荷提供電源。
本文介紹了一種在線測量電纜絕緣的方法，實現不停機前提下，實時在線檢測電纜絕緣情況，特別適合于長電纜供電的電潛泵負載絕緣監測應用。本文介紹了該測量方法的原理及電路設計。
【關鍵詞】
絕緣電阻；在線監測
1前言
隨著電力電子器件的蓬勃發展，電力電子設備應用越來越廣泛，而絕緣電阻，作為衡量電力電子設備絕緣性能好壞的重要參數之一，越來越受到人們的關注。絕緣電阻在線監測儀（以下簡稱監測儀）用于星型連接的，工作電壓在交流3600V及以下的潛油電機正常工作時，實時測量高壓電纜絕緣電阻。
2監測儀工作原理
工程上，測量設備的絕緣電阻一般采用高壓條件下測量絕緣電阻的方法進行，如數字多用表、兆歐表等[1]。但是在動態測量時不能引進一個額外的高壓，這樣對電機系統會有影響。通常測量絕緣電阻的方法有[2]：（1）電流恒定，測量電壓；（2）電壓恒定，測量電流；（3）測量電壓電流比：R=U/I。本文采用第二種方法，即電壓恒定，測量電流的方法來測量絕緣電阻。測量絕緣電阻原理圖，如圖1所示。其中，直流信號電源電壓V恒定，限流電阻Ra、Rc，采樣電阻Rb、Rd，絕緣電阻記為Rx，分別對兩個回路進行計算，這樣，我們只需要檢測出V1、V2的值，就可以得到絕緣電阻的值。當絕緣體出現問題時，在高壓電源的影響下，絕緣體會出現絕緣下降，這時，我們引入一個低壓直流信號電源，對此時的絕緣電阻進行實時在線測量，根據疊加原理，這時的測量結果就是真實的絕緣電阻，同時又不會對負載產生影響。
3硬件設計
系統原理圖如圖2所示。監測儀系統以單片機C8051F500為控制核心。由原理圖可知，三相降壓變壓器原邊通過高壓電纜連接到潛油電機輸入電源，其中線通過導線連接到直流信號電源正端。直流信號電源負端經采樣電路接大地。潛油電機工作時，高壓電纜對地絕緣電阻記為Rx，Rx上有泄漏電流流過。這樣，監測儀直流信號電源正端，通過三相降壓變壓器、高壓電纜、絕緣電阻Rx，經由大地、監測儀采樣電阻，回到電源負端，形成整個測量回路。
3.1測量回路電流采樣電路測量回路中直流信號電源電壓V恒定，Rc為限流電阻，Rd為采樣電阻。回路中的電流轉換為模擬電壓信號V1，經過模擬電路調理后輸入單片機，記為CPU1。如圖3所示。
3.2基準電壓電路直流信號電源、Ra和Rb組成基準電壓回路。與采樣電路類似，對此回路進行模擬電壓信號采樣后，輸入單片機，記為CPU2。如圖4所示。單片機對CPU1和CPU2進行處理、計算后得到絕緣電阻的測量值。測量結果經RS485發送到觸摸屏顯示輸出。為了濾除潛油電機系統交流信號對監測儀的干擾，以及保證監測儀系統可靠運行，在三相降壓變壓器中點和大地之間接濾波電容CO。
3.3頻率采樣電路采集三相降壓變壓器副邊模擬電壓信號，如b相和c相，經模擬電路調理后輸入單片機。如圖5所示。
4監測儀軟件設計
監測儀根據絕緣電阻隨電氣設備供電電壓變化而變化的特點，采集同一個采樣周期內絕緣電阻變化的最大值、最小值、中間值、平均值為測量所得數據，存儲在單片機內。其中中間值為采樣周期內最大值和最小值的平均值。采樣周期隨潛油電機系統頻率變化而變化。由于采樣信號和干擾信號為同頻信號，因此不能采用傳統的濾波方式進行濾波，所以采用軟件濾波的方式。并且，采樣間隔時間隨著電源頻率的變化而變化。監測儀每42小時存儲一組數據，可以記錄190天的數據。在觸摸屏上以曲線回放的形式，形象的展示了該時期內絕緣電阻的變化情況，方便用戶分析數據。
參考文獻：
[1]高電壓技術（第二版）[M].北京:中國電力出版社,2009.
關鍵詞：高壓電源模塊 直流變換器穩壓 自激推挽振蕩 串聯調整
1 概述
在PMT用電源模塊領域中，電源模塊的輸出電壓較高，但輸出電流很小，總的輸出功率不大。但PMT對輸出高壓的穩定性及紋波噪聲的要求很高，尤其是測量微弱光信號時，再加上串聯調整控制方式設計簡單，而且在低功率場合比開關電源的成本要低，所以在PMT應用領域，串聯調整的控制方式相對開關電源來說有很大的優勢。但串聯調整方式下，調整管的功耗較大，電源模塊效率僅有35%，且輸出功率較大時調整管需要散熱，這導致電源模塊體積不能做小。
針對以上問題，我們在串聯調整的基礎上進行了改進，通過改變調整管與自激推挽變換器的連接方式，來達到降低功耗，提高效率的目的。改進后的電路，調整管的功耗有了很大的降低，效率可達70%左右。
2 原理介紹
圖1是串聯調整穩壓方式下，實現高壓模塊的原理框圖。
原理為：輸入端輸入直流低壓，經調整管輸入到振蕩電路，逆變升壓，然后通過整流電路形成直流高壓。在高壓輸出端，通過采樣電阻將輸出信號的變化量，反饋到運算放大器，運算放大器將反饋信號與基準電壓比較、放大后去控制調整管，以達到穩壓的目的。此圖中沒有給出調整管與振蕩電路的具體連接方法，根據調整管與振蕩電路的連接方式不同，可分為電源電壓調整和振蕩調整兩種。
2.1 電源電壓調整型
電源電壓調整型原理見圖2，由圖中可見，調整管與振蕩電路串聯，且調整管充當振蕩電路的供電電源，所以輸出的功率全部由調整管提供，這里調整管起主要的功率放大作用，而振蕩電路中兩三極管工作在開關狀態，起能量的轉換作用，所以此種連接方式下，調整管功耗很大，電源模塊整體效率不高。
2.2 振蕩調整型
振蕩調整型原理見圖3，由圖中可見，調整管發射極通過電阻連接到振蕩三極管的基極，調整管與振蕩電路的供電，直接由低壓電源來提供，調整管只供給振蕩三極管基極所需的電流，對振蕩電路起控制作用，而兩個振蕩三極管工作在放大狀態，起放大作用。因此調整管功耗大大降低，整體效率得到了提高。
3 兩種連接方式下振蕩波形比較
3.1 電源電壓調整型振蕩波形
電源電壓調整型振蕩波形見圖4，因為兩振蕩三極管工作在開關狀態，所以兩管輪流交替導通，振蕩幅度取決于輸入電壓，輸出功率與調整管基極電流和放大能力有關。
3.2 振蕩調整型振蕩波形
振蕩調整型振蕩波形見圖5，從波形上來看，兩振蕩三極管工作在放大狀態，兩管交替工作，輸出電壓幅度和功率與兩振蕩三極管的放大能力有關。
4 實測數據對比
采用兩種控制方式分別做成電源模塊，其參數對比如下，見表1。
由表1可見，當輸出功率一定時，采用振蕩調整型電路的效率比采用電源電壓調整型電路的效率，至少高出一倍。
5 結論
從上面的分析可以看出兩種電路的實質為，電源電壓調整型實際上是調整管進行功率放大，屬單管功率放大，所以其效率較低；而改進的振蕩調整型電路為兩振蕩三極管進行功率放大，屬雙管推挽功率放大，所以其效率比單管高了一倍。
參考文獻：
[1]清華大學工程物理系，射線儀器電子學，原子能出版社.
【關鍵詞】脈階調制；脈沖直流電源；加速極；降壓收集極行波管
1 引言
脈階調制（PSM）技術是瑞士BBC（Brown Boveri）公司于1983年首先提出并發展的，最初的目的是應用于大功率廣播發射機中以替換傳統的乙類真空管調制器。采用開關模式的調制方式代替了真空管線性調制方式，廣播發射機的效率得以大幅提高。
近年來，隨著各種新的電力電子器件和控制技術的發展，IGBTs、DSP控制以及其它新器件新技術已經廣泛應用于PSM技術中，PSM調制器的指標更優化，也因此在更多的領域中得以應用，尤其是大功率直流脈沖電源的設計中。
2 PSM技術
PSM技術的一個顯著特點是把主整電壓化整為零，即把主整高壓分成若干個低壓輸出的電源模塊。這些電源模塊相串聯，電源的輸出電壓取決于投入的模塊數。這樣，可根據需要增減模塊串聯數，而形成脈沖階梯波形。
PSM的電路拓撲結構如圖1所示。
圖1 PSM拓撲結構
該電路由若干相同的直流電源模塊串聯而成，每個電源模塊包括一個直流電源VDC，開關S和一個旁路二極管D。開關S斷開的電源模塊由二極管旁路，為電流提供通道，任一模塊的開斷都不影響電源的輸出。
開關S的斷開和閉合對應模塊輸出電壓的兩個狀態。
Voff=-VD VD：旁路二極管的導通壓降
Von=VDC-VS VS：開關S的導通壓降
若PSM電源由N個電源模塊串聯，其中n個模塊導通。則PSM電源的輸出電壓
Vout=n（VDC-VS）-（N-n）VD
如果忽略二極管和開關S的導通壓降，則對應有
Voff=0 Von=VDCS Vout=n?VDC
任何時刻電源的輸出電壓取決于投入的模塊數。在理想情況下，通過控制電源模塊投入的數量就可以實現輸出電壓從0-n?VDC的階梯變化。
3 調制和保護原理
當PSM電源的輸出是一個直流脈沖電壓時，PSM電路的作用是通過增減投入的電源模塊數來補償由于負載變化和母線電壓波動帶來的輸出電壓波動，提供一個恒定的脈沖電壓輸出。電源電壓調節原理見圖2。
圖2 電壓調節原理
由主控制系統構建的快保護和內置控制構建的慢保護組成了電源的保護電路。內置控制實現邏輯控制，狀態監控及過壓欠壓等慢保護。電源過流時，由主控來的保護信號直接驅動關斷所有開關，實現快保護。
4 基于PSM技術的大功率脈沖電源
在行波管（TWT）發射機中，采用多降壓收集極，可以減少回流，提高收集極效率，這樣行波管的總效率也得以提高。每個收集極置于不同電位。如前所述，PSM電源的特點比較適合用于多收集極行波管，特別是大功率行波管。多收集極行波管電源原理圖如圖3所示。
圖3 多收集極行波管電源原理圖
很明顯，利用PSM技術，只要將不同電位的收集極聯結到相應電位的直流電源模塊上，就可以很方便的實現多收集極降壓電源，圖中行波管的三個降壓收集極分別與不同電位的電源模塊相聯。在電源模塊的操作中，要注意每個收集極電流應正確分配，這一點通過程序控制不難實現。
一種大功率兩收集極行波管，峰值功率200kW，占空比1%，陰極電壓-50kV（對地），第一收集極35kV（對陰極），第二收集極18kV（對陰極）。電源可由80個模塊組成，單個模塊設計輸出為700V，全部模塊投入時，輸出電壓56 kV，提供了10%的冗余。在沒有附加PWM調制時，電壓精度可以達到0.7%。如果附加PWM調制，電壓精度可以達到0.1%。
在700V電壓等級上，各種原器件的選擇比較容易，型號較多，并且價格也比較合理。由于電源功率耗散小，使用強迫風冷就足夠了。
5 結論
PSM技術的誕生為一些特殊的大功率高壓電源的設計帶來了根本的變化，具有高可靠性、高冗余度、高效率、打火時進入弧道的能量小等特點。模塊化結構使得設計和維護更加方便靈活，與傳統的電源方案相比較，具有較大優勢。并且，隨著固態開關器件的發展，PSM技術必將應用于更廣泛的領域。
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