基于反向开关晶体管的脉冲电源在电磁发射中的应用

为了进行电磁轨道炮发射机理研究,研制了一套基于反向导通双晶复合晶体管（RSD）全固态开关的电容储能型脉冲功率电源。RSD开关采用可控等离子体换流技术,具有全面积均匀同步导通、开通损耗小、功率大、换流效率高、寿命长的特点。电源系统由16个64 kJ储能模块并联组成,采用一体化紧凑设计,内嵌充电、控制、保护与测量功能。系统额定电压18 kV、总储能1 MJ,可通过时序控制对放电波形进行调节,短路同步放电峰值可达960 kA. 系统在20 mm口径电磁轨道炮上进行了多次发射试验,结果表明脉冲电源系统可靠性高,一致性好,输出波形灵活可调,满足轨道炮超高速发射研究的需要。     

晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响分析

基于一种增强型轨道炮负载特性,从机理上分析了大功率晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响。研究结果表明,增强型轨道炮发射过程中脉冲成形网络部分电能得不到有效利用,分析原因是增强型轨道炮的初始电感较大,导轨电流具有梯形波特性,从而使发射初始阶段后膛电压具有较高的幅值,导致该阶段放电的脉冲成形单元存储的电能没有释放完全,大功率晶闸管就因承受了反向电压而关断。通过对增强型轨道炮系统仿真和发射试验验证了上述结论。根据增强型轨道发射系统中脉冲成形网络的实际状况,对剩余电能再利用的方法进行了探讨。研究结论对大功率晶闸管在增强型轨道发射系统中的工程应用具有指导作用。     

一种用于电磁发射的电感电容混合型储能脉冲电源

为探索电感储能脉冲电源用于电磁发射的可行性,研究了电感电容混合型meatgrinder脉冲电源电路.分析了带轨道炮负载的这种混合储能型脉冲电源系统的工作原理,结合仿真,研究了电源模块中电感、耦合系数和电容等参数对系统性能的影响,讨论了多个电源模块的并联运行问题.通过合理设计电源电路参数,这种脉冲电源电路用于轨道炮的发射是可行的,并且通过多模块的并联运行可以获得理想的脉冲电流波形和更高的系统能量转换效率.     

基于电磁发射的两类脉冲电源中功率器件特性分析

现阶段电磁发射研究主要集中在轨道炮与线圈炮两个领域,都需要脉冲功率电源提供发射能量。这两类电源在基本器件组成、电路拓扑中存在大量相同的地方,其中的功率器件主要由脉冲电容器、调波电抗器、晶闸管组件、续流组件和吸能电阻等组成,但由于这两类脉冲电源所处的工作环境不同,所以对功率器件的性能要求也有所区别。从轨道炮与线圈炮发射过程中的差异性入手,研究其对脉冲电源中功率器件性能的影响,并结合实际情况,分析了如何合理匹配功率器件性能参数,来满足不同发射条件下对脉冲电源的需求。     

基于模糊控制的脉冲功率源放电时序控制研究

为了实现多参数电源模块的脉冲成形网络输出电流的稳定性与可控性,设计了一种基于模糊控制的电源时序触发控制系统。根据发射过程中电枢状态的非线性特征,建立电磁发射系统电路模型和动力学模型,并设计模糊控制器与控制指令处理与分配系统。建立一个由20个脉冲功率源模块组成的电磁发射系统仿真程序,验证上述系统的可行性。结果表明,模糊控制理论的引入可以准确控制脉冲功率源模块放电时序,使脉冲成形网络输出电流跟踪设定电流波形。     

电磁发射用13MJ脉冲功率电源系统研究

随着电磁发射技术的发展,对脉冲功率电源特性的要求也越来越高,需要脉冲电流具有兆安级幅值、数毫秒脉宽、上升快速且有平顶波特点,为此研制了1套13 MJ、额定工作电压10 kV 的电容储能型脉冲电源。电源系统采用多模块并联结构,由13个储能1 MJ脉冲成形子系统组成,每个子系统包含20个50 kJ脉冲电源模块,单个模块短路放电电流最大可达65 kA;充电系统由基于串联谐振变换器的高压充电机组成;控制系统具有两级控制结构,使用同步编码信号对各电源模块进行时序放电控制;测量系统采用PXI系统,主从式网络结构,可满足分布式测量需求。系统在模拟负载上进行了性能测试,在电磁发射装置上进行了实验研究。实验结果表明,13 MJ脉冲功率电源系统输出电流波形灵活可调、可靠性高,可以满足电磁发射实验的需求。     

轨道炮脉冲电源续流硅堆设计及实验现象分析

为了满足电磁轨道发射的要求,使总输出电流能叠加为设计的电流波形,进行了脉冲电源设计和脉冲放电波形调节技术的研究,设计了高压大功率续流硅堆装置.针对实验过程中出现的问题,从理论和实验的角度,分析了脉冲功率源系统产生问题的原因,提出改进方案,使发射试验得以顺利进行.     

基于改进遗传算法的电磁轨道炮电源时序优化

针对电磁轨道炮电流波形平稳性的特殊要求,提出了一种基于改进遗传算法的电源时序优化方法。根据脉冲电源时序放电的特点,将电磁轨道炮的工作过程分成相互关联的多个阶段,采用多阶段优化策略。各阶段运用引入了精英保留、自适应变异和交叉3种策略共同作用的改进遗传算法产生新种群,克服早熟及收敛速度慢的缺陷; 优化过程中逐步动态更新缩小设计变量的搜索空间,以进一步提高搜索能力。以使用金属电枢的电磁轨道炮多个脉冲电源时序设计为例进行分析比较,结果表明,该方法不但增强了搜索能力,改善了求解的质量,而且电流波形非常平稳,提高了优化结果的实用性,是确定电磁轨道炮脉冲电源时序的一种有效方法。     

拉开时序下脉冲成形网络中半导体器件的击穿与保护

为了让电磁轨道内的电枢获得均匀加速,脉冲成形网络（PFN）通常采用多个脉冲成形单元（PFU）拉开时序放电的工作模式,以输出平顶电流波形。此时,PFU内的续流二极管可能会承受很高的反向恢复电压而损坏。通过对二极管反向恢复过程以及PFN电路特性的分析,提出了一种通过避 免负载上出现反向电压的方法来消除半导体开关器件损坏的隐患,并推导出避免出现反向电压的参数匹配公式。将该匹配公式应用在一套由8个75 kJ模块组成的600 kJ储能的PFN电源参数设计中。该电源系统通过控制放电时序生成了近似平顶的电流波形,且系统工作稳定,无半导体开关器件损坏现象。实验结果表明,通过合理的负载参数匹配,可以降低甚至消除二极管上的反向过电压。     

超大炮口动能电磁轨道炮设计与仿真

论证了1门200 mm口径超大炮口动能电磁轨道炮用以进行高超声速发射,目标是将20 kg弹丸的初速提高到2 500 m/s,其炮口动能将超过62 MJ.通过多个不同算例的计算,综合考虑电枢受力、电流密度与峰值电流、电感梯度和技术风险等因素,最终选择了一种简单轨道炮结构.基于200 MJ电容器组储能式脉冲电源系统,建立了轨道炮系统仿真模型并进行了分析,设计的发射器身管长为8 m,铜轨道电感梯度约为0.4 μH/m,峰值电流约为7 MA,有效电流不低于6 MA,弹丸炮口初速可达到2 540 m/s,炮口动能达到64 MJ,系统效率为31.8％.     

级联电源时序控制方法

电池组级联(BPCSs)电源的脉冲电容器电压是电磁推进的关键指标,重频模式下电池组多次为脉冲电容器充电后容量衰减,脉冲电容器电压在规定时间内达不到电压设定值,电磁推进的一致性将无法保证.基于BPCSs电源理论模型,提出一种时序动态调整算法,通过调整电池组串入回路的时刻来提高充电速度.实验结果表明:在电池组容量衰减40 ...     

电磁迫击炮可行性分析

分析了现有迫击炮的技术特性,认为采用传统方法提高迫击炮的作战性能会导致诸多问题,在此基础上,提出了将电磁发射技术应用于迫击炮发射中以提高现有迫击炮作战性能。论述了国内外电磁发射技术的研究现状,制定了轨道式电磁迫击炮的关键战术技术指标。详细分析了电磁迫击炮炮身、弹丸、电枢和脉冲电源的结构和关键技术,并提出了解决方案和电磁迫击炮工程化及装备化的关键技术。分析认为,发展电磁迫击炮在技术上已具备了较好的基础。     

强电磁脉冲对硅微惯性传感器的损伤效应研究

为研究强电磁脉冲对单兵外骨骼助力系统上硅微惯性传感器的电磁损伤效应,通过理论计算和试验分析相结合的方法,对硅微惯性传感器的电磁损伤阈值、电磁易损器件和损伤模式开展研究。采用Agrawal传输线理论模型和格林函数法,计算硅微惯性传感器在电磁脉冲环境中由直连线缆耦合并传导至信号传输端口的强电脉冲,并开展信号传输端口的强电脉冲注入试验和传感器损伤模式分析。研究结果表明：硅微惯性传感器的强电脉冲损伤阈值为780 V,电磁易损元器件为前端电容和信号放大器,其主要损伤模式为电容的高电压击穿和放大器的大电流烧毁。     

基于TL494 升压型DC-DC 稳压电源的设计

根据开关电源在各种电子产品中的发展趋势,介绍一种12 V转24 V的升压型DC-DC稳压电源。该电源采用TL494作为控制器件,根据其工作原理,合理选择了电源中的开关管、滤波电容、储能电感和续流二极管的参数设计,利用脉冲宽度调制技术进行电路控制,并通过控制开关管的导通时间,保持输出电压的稳定。仿真测试结果表明:该电路输出电压满载时变换效率大于70%,具有较高的安全性和可靠性。     

基于Matlab的交-交变频器性能分析

交-交变频器由36只晶闸管组成,其输入电压截取部分经拼接形成输出电压.触发脉冲时刻由余弦交截法产生.主电路含2个反并联整流电路,晶闸管触发脉冲控制模块主体为同步6脉冲发生器,输出双窄脉冲以控制晶闸管断通.系统建模在实际确定的导通模式基础上加上两管换流模式和正负换组模式;触发控制中正组变换器使负载输入电流为正,负组变换器使其为负.并通过Matlab仿真不同负载下的运行,实现交-交变频器电流电压分析.