西安特種電源有別于通用電源，它是為特定負(fù)載和專用場合而設(shè)計(jì)的，其應(yīng)用十分廣泛，是通用電源無法取代的。本文記錄了《電源技術(shù)應(yīng)用》執(zhí)行主編采訪西安兆福電子有限公司史平君高級工程師的詳細(xì)情況。史平君高工現(xiàn)任中國電源學(xué)會(huì)特種電源專業(yè)委員會(huì)主任委員，是我國特種電源方面的資深專家。

被采訪人：史平君高級工程師

采訪人：《電源技術(shù)應(yīng)用》執(zhí)行主編曲學(xué)基

曲：請介紹一下特種電源與普通電源的區(qū)別以及特種電源的要求和應(yīng)用。

史：特種電源即特殊種類的電源。所謂特殊主要是由于衡量電源的技術(shù)指標(biāo)要求不同于常用的電源，其主要是輸出電壓特別高，輸出電流特別大，或者對穩(wěn)定度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)及紋波要求特別高，或者要求電源輸出的電壓或電流是脈沖或其它一些要求。這就使得在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)此類電源時(shí)有比普通電源更特殊甚至更嚴(yán)格的要求。

特種電源一般是為特殊負(fù)載或場合要求而設(shè)計(jì)的，它的應(yīng)用十分廣泛。主要有：電鍍電解、陽極氧化、感應(yīng)加熱、醫(yī)療設(shè)備、電力操作、電力試驗(yàn)、環(huán)保除塵、空氣凈化、食品滅菌、激光紅外、光電顯示等。而在國防及軍事上，特種電源更有普通電源不可取代的用途，主要用于：雷達(dá)導(dǎo)航、高能物理、等離子體物理及核技術(shù)研究等。

可見特種電源就是運(yùn)用電力電子技術(shù)及一些特殊手段，將發(fā)電廠或蓄電池輸出的一次電能，變換成能滿足對電能形式特殊需要的場合要求而設(shè)計(jì)的電源。

曲：特種電源的應(yīng)用十分廣泛，請介紹幾種具有代表性的特種電源。

史：特種電源是普通電源無法取代的，在工業(yè)、環(huán)保、醫(yī)療、國防和科研等方面具有廣泛應(yīng)用，且發(fā)展?jié)摿薮?，現(xiàn)僅介紹具有廣泛代表性的高壓電源、脈沖電源和加速器電源系統(tǒng)。

①雷達(dá)發(fā)射機(jī)用的高壓電源

在現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，用行波管(TWT)作為微波功率放大器件占有很大的比例,作為高功率部分,它的可靠性與技術(shù)指標(biāo)如何,對雷達(dá)發(fā)射機(jī)乃至整個(gè)雷達(dá)有著直接的影響，而支撐著行波管的高壓電源(系統(tǒng))更顯得至為重要。雷達(dá)行波管用高壓開關(guān)電源，可采用全橋諧振PWM調(diào)制方式,大功率開關(guān)器件采用先進(jìn)的IGBT模塊及先進(jìn)可靠的驅(qū)動(dòng)電路，使得電源的整體性能良好，穩(wěn)定度好,并且具有各種保護(hù)功能。

②電子束焊機(jī)用大功率高壓電源

電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業(yè)。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子，該電子在高壓靜電場的加速下通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實(shí)現(xiàn)對工件的焊接。高壓電源是設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一，它主要為電子槍提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質(zhì)量。電子束焊機(jī)用高壓電源與其它類型的高壓電源相比，具有不同的技術(shù)特性,技術(shù)要求主要為紋波系數(shù)和穩(wěn)定度，紋波系數(shù)要求小于1%，穩(wěn)定度為±1%，甚至紋波系數(shù)小于0.5%，穩(wěn)定度為±0.5%，同時(shí)還要求重復(fù)性要求小于0.5%。以上要求均根據(jù)電子束斑和焊接工藝所決定。電子束焊機(jī)用高壓電源在操作時(shí)必須與有關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行連鎖保護(hù)，主要有真空連鎖、陰極連鎖、閘閥連鎖、聚焦連鎖等，以確保設(shè)備和人身安全。高壓電源必須符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，具有軟起動(dòng)功能，防止突然合閘對電源的沖擊。這種電源由于功率大(達(dá)30kW)，輸出電壓高(150kV)，工作頻率較高(20kHz)，而對穩(wěn)定精度、紋波及電壓調(diào)節(jié)率均有較高的要求。選用先進(jìn)的三相全控可控整流技術(shù)、大功率高頻逆變器，用新型功率器件IGBT作為功率開關(guān)。

③高壓脈沖電源

在雷達(dá)導(dǎo)航設(shè)備中，其發(fā)射部分一般都需要一高電壓、窄脈沖，不同重復(fù)頻率的強(qiáng)功率脈沖源，這種強(qiáng)功率脈沖源一般通過一個(gè)高壓電源將市電升為幾千伏至幾十千伏直流高壓，然后由一個(gè)調(diào)制器將直流高壓調(diào)制為所需脈寬及頻率的脈沖源以供發(fā)射管使用。高壓脈沖源主要由高壓電源及調(diào)制器組成，高壓電源采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，調(diào)制器采用半導(dǎo)體固態(tài)器件。

④在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，許多醫(yī)療設(shè)備都需要高壓電源或高壓脈沖電源、典型的如CT機(jī)、X射機(jī)光機(jī)等。介紹一種在神經(jīng)和精神疾病治療領(lǐng)域中高壓脈沖電源的應(yīng)用——經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)。

經(jīng)顱磁刺激是利用時(shí)變磁場作用于大腦皮層產(chǎn)生感應(yīng)電流，改變皮層神經(jīng)細(xì)胞的動(dòng)作電位，從而影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)電活動(dòng)的生物刺激技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)主要由主升壓電路、充/放電回路(含控制部分)和刺激線圈電路等幾部分組成。

⑤大功率高壓脈沖電源在污水處理中的應(yīng)用

用大功率高壓電脈沖處理污水是利用在水中高電壓(30～50千伏)、大電流(幾十千安)脈沖放電產(chǎn)生的等離子體(自由基和紫外輻射)，及等離子體通道剛性條件下迅速膨脹產(chǎn)生的沖擊波對污水中有機(jī)化合物的等離子體物理及電化學(xué)的復(fù)雜作用，使其降解為二氧化碳、水等簡單分子，達(dá)到處理污水的目的。

系統(tǒng)中高壓電源較為關(guān)鍵，它產(chǎn)生高壓大電流脈沖。高壓電源輸出30～50千伏的直流高壓，此直流高壓儲存在能量儲存器內(nèi)，高功率脈沖發(fā)生器將所儲存的能量壓縮為在短時(shí)間內(nèi)可輸出高電壓大電流的強(qiáng)功率脈沖，以輸送給反應(yīng)器而發(fā)生等離子體作用。

⑥高壓脈沖電源在食品殺菌中的應(yīng)用

高壓脈沖電源殺菌技術(shù)的應(yīng)用研究主要集中在液態(tài)食品(如飲料、牛奶等)的殺菌，經(jīng)高壓脈沖電場殺菌加工的飲料具有安全、風(fēng)味和口感近似新鮮飲料、營養(yǎng)好的特點(diǎn)，故此技術(shù)對食品加工廠家具有極大的吸引力，具有良好的市場前景。

⑦高壓電源在(塑料薄膜)材料表面處理中的應(yīng)用。

塑料薄膜已經(jīng)成為現(xiàn)代包裝工藝的主流材料，具有透明、防潮、氣密性好等突出優(yōu)點(diǎn)。但大部分塑料薄膜屬于非極性高分子材料，對油墨的親和性都比較差，而且在形成過程中加入的增塑劑、引發(fā)劑、殘留單體和降解物等低分子物質(zhì)很容易析出而匯集于材料表面形成無定性層，使塑料薄膜表面的潤濕性能變差，所以在印刷前必須經(jīng)過處理。要進(jìn)行這種處理，就需要用高頻高壓放電電源系統(tǒng)，它主要包括晶閘管可控整流電路、單相全橋IGBT逆變電路和高頻升壓變壓器、檢測電路、保護(hù)電路、上下位機(jī)電路和液晶顯示等幾個(gè)部分。三相交流電經(jīng)過傳統(tǒng)的相控整流后，通過電容濾波輸入到由IGBT管組成的單相全橋逆變電路。逆變電路的輸出經(jīng)過高頻高壓升壓變壓器升壓后提供給放電負(fù)載。檢測電路主要對輸入電壓、輸入電流、負(fù)載電流、直流母線電壓和電流、工作頻率等量進(jìn)行檢測，以便實(shí)現(xiàn)顯示和保護(hù)。系統(tǒng)具有完善的保護(hù)電路，主要包括：過流保護(hù)、逆變器失鎖保護(hù)、缺相保護(hù)、錯(cuò)相保護(hù)、停轉(zhuǎn)保護(hù)、放電架開啟保護(hù)、絕緣介質(zhì)擊穿保護(hù)等。

⑧加速器電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)是加速器中一個(gè)重要組成部分，其主要功能是和負(fù)載一起為加速器提供所需的磁場和電場。這個(gè)電源系統(tǒng)絕大多數(shù)是高精度線性電源，幾乎全部是直流穩(wěn)流和直流穩(wěn)壓電源。其基本結(jié)構(gòu)是開關(guān)電源和晶閘管相控電源。主要技術(shù)指標(biāo)(長期電流穩(wěn)定度，電流紋波等)要求很高，二極鐵電源電流長期穩(wěn)定度一般優(yōu)于2×10-4/8小時(shí)，四極鐵電源電流長期穩(wěn)定度一般優(yōu)于5×10-4/8小時(shí)。

直流電源主要采用以下技術(shù)方案：對于輸出功率在50kW以上的二極磁鐵電源和大的四極磁鐵電源，采用了晶閘管相控整流技術(shù)，大部分為晶閘管12脈波整流技術(shù)，同時(shí)根據(jù)具體情況采用并聯(lián)式有源濾波技術(shù)以抑制紋波。穩(wěn)定度要求為5×10-6/8小時(shí)的主磁場電源采用24脈波晶閘管整流技術(shù)，同時(shí)控制電路和測試電路都采取了恒溫措施。

脈沖電源實(shí)現(xiàn)方案與直流電源類似，對于輸出功率在50kW以上的二極磁鐵電源和大的四極磁鐵電源，采用了晶閘管相控整流技術(shù)，中小功率電源則全部采用高頻斬波技術(shù)?！?/span>

被采訪人簡介

史平君,1961年生,中國兵器工業(yè)206研究所特種電源部高級工程師,中國電源學(xué)會(huì)特種電源專業(yè)委員會(huì)主任委員。主要研究方向?yàn)楦邏弘娫础?/span>