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。     

电磁发射中电容电压跌落与补偿稳压技术研究

在放电触发等待过程中,脉冲电源中电容电压通常会出现明显的跌落,而且放电触发等待时间的随机性会使得每次放电的电压跌落量均不相同。以用于电磁发射的脉冲电源为研究对象,根据脉冲功率模块的电路结构,分析了造成电容电压跌落的原因,主要是由于脉冲电容器自身漏电和主放电开关漏电所致。基于电磁轨道炮实验系统建立了仿真模型,计算了不同电容电压跌落量下的电枢出膛速度及速度下降率。仿真结果表明,电容电压跌落会导致电枢出膛速度减小、散布增大,影响了发射的一致性。针对电容电压跌落问题,提出了一种通过电能补偿实现电容电压动态稳定的方法,设计了电能补偿电路和适用于多模块组态脉冲电源电容电压采样的电压随动电路,对发射系统进行了补偿稳压技术改造,并开展了实验验证。结果表明,所采取的补偿稳压方法在放电触发等待过程中能将电容电压稳定在额定电压的0.5%范围之内。补偿稳压能够不受放电触发等待时间的影响,提高发射时脉冲电源放电电压的一致性,具有较高的应用价值。     

用于电热化学发射实验的脉冲电源系统

目前用于中小口径电热化学发射实验研究的脉冲电源系统,基于电客储能原理,包括4个容量为500kJ可程序控制的电源模块,可为电热电磁发射研究提供灵活可靠的电源供应.每个500kJ电源模块都包括30kV电容器组,触发真空开关,高压快速硅堆以及调波电感器,并通过同轴电缆向负载输出脉冲电能.整个2MJ系统可以提供峰值50～300kA,脉宽0.5～3ms的脉冲电流.在此脉冲电源系统的基础上已经进行了大量实验,取得了一定的研究成果.     

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％.     

多模块脉冲变压器并联驱动电磁推进系统仿真

为了探索多模块脉冲变压器并联的脉冲功率源用于电磁推进系统的可行性,建立了多模块脉冲变压器并联电路及其驱动电磁推进系统的数学模型,仿真分析了多模块脉冲变压器并联输出特性、多模块并联下电磁推进系统的推进特性,以及放电时脉冲变压器过电压的限制措施等.脉冲变压器模块数为20,储能100kJ,理想情况下仿真得到的抛体发射速度达到...     

韩国电磁轨道发射技术概述

概述了韩国电磁轨道发射技术的研究历程和主要研究机构。分析了韩国基于中小口径电磁轨道炮系统在电磁轨道发射器、脉冲电源、电枢、试验测试论证、设计与试验研究方面的进展,在电磁轨道炮瞬态电感梯度、电枢轨道摩擦系数、电枢电磁压力等关键技术的研究现状,并归纳了其对我国电磁发射技术研究的启示。     

两种反求电容储能轨道炮时序方法的比较

依靠多个商业软件间的集成来完成轨道炮系统级仿真及优化不但复杂，而且还存在两个缺点，一是有限时间内，优化所采用的遗传优化算法不能保证最优且结果不可重现；二是电源的拓扑结构需要手工调整脉冲，寻优过程无法彻底的自动化。目前，轨道炮系统级轨道炮仿真代码和电容储能轨道炮 PFN 触发时序反求问题都少见文献报道。为求解此问题，将多维的触发时序优化问题转化为一维的延迟时间确定问题，从而使全局迭代法可用。应用所开发的求解及优化程序，给出了遗传优化算法及全局迭代法求解该问题的结论及比较结果。建立了电容储能轨道炮数学模型，分析了轨道电流这一参数的重要性，介绍了由轨道电流平顶波幅值反求 PFN 触发时序问题的意义。通过定义理想时序的概念，说明了迭代法的“细分逼近”特性，指出迭代法可用于解决由炮口初速反求触发时序问题。     

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。     

电磁轨道炮发射过程中的分布式脉冲电源系统冲击特性研究

电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统在1~2 ms的时间内,将承受30 kA以上的脉冲电流以及5 kV以上的脉冲电压,对于电源系统关键部件的工作特性造成极大的影响,甚至引起失效。因此,研究分布式脉冲电源系统在电磁轨道炮发射过程中的冲击特性是十分重要的。建立包含动态变化负载的分布式脉冲电源系统模型,利用电路仿真Pspice软件对分布式脉冲电源系统的冲击特性以及关键部件失效后的工作特性进行仿真分析,并将分析结果与实验结果进行对比。研究结果表明：电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统的电容器组,在单一模块晶闸管发生击穿短路故障后,受到较大的反向电流和反向电压,会对储能电容器造成严重破坏;在单一模块调波电感器发生击穿故障后,会造成故障模块的输出电流波形与电容器输出电流波形脉宽相近,且造成输出电流波形脉冲宽度变小,峰值增大（即通过晶闸管电流的di/dt变大）,可能造成晶闸管高压硅堆正向过流烧毁。仿真结果与实验结果吻合程度很高,证明所建立电磁轨道炮电源模型与实际使用模型十分接近,分析得到的结果准确性更好、可信度更高。     

一种真空触发开关脉冲电源系统研究

脉冲电源系统性能基本取决于放电开关的特性,真空触发开关因其具有工作电压范围宽、承载电荷量高、介质恢复迅速、结构紧凑等优点,可用于脉冲电源的主开关。采用RVU-43型真空触发开关研制了一套总储能2 MJ、额定工作电压13 kV的脉冲电源。电源系统由17个118 kJ电容储能模块并联组成,单个模块短路放电最大电流达52 kA,系统包含了充电、控制、测量子系统。电源在模拟负载上进行了单模块、系统同步与时序控制放电性能测试,并在电热化学发射装置上进行了发射试验。结果表明,系统输出的电流幅值较高且波形灵活可调,可靠性高,可满足电热化学发射试验的研究。     

电热化学炮移动式脉冲功率源

脉冲功率源系统的体积、重量、可移动性及可靠性对于应用于靶场实验的电热化学炮(ETCG)来说是重要的.为满足脉冲功率源集成化要求,必须开发、利用高储能密度、高功率的器件及综合设计脉冲功率源系统.该文研发了储能200 kJ的高储能密度脉冲功率源,ETCG靶场实验证明,该系统体积小,可移动性好,可满足ETC火炮的连续射击及单次射击,其充电时间少于10 s.功率源有10个电容器,在最大电压18 kV时储能200 kJ,高频充电器具有低谐波电流及输出功率大特点.     

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.     

高可靠性交流不间断供电系统

为提高供电系统的工作可靠性,介绍了一种具有高可靠性的交流不问断供电系统的设计方法。该系统是由UPS（uninterrupted power supply）并联模块、电子切换开关、电子稳压器等组成。UPS的并联运行是提高电源系统运行可靠性和扩大供电容量的重要手段。由交流稳压器作为UPS的后备电源,提高了系统的可靠性。电子开关保证系统的在线零切换,真正做到对负载供电的不问断。组成系统的模块都可以进行在线维修和更换,可以提高系统的MTBF（mean time between failures）,进一步提高系统的可靠性。     

使用爆炸组合开关的脉冲成形网络技术研究

本文研究了利用爆炸组合开关进行脉冲电流波形调制的技术 ,通过对网络结构、特性的分析和实验 ,建立了使用爆炸组合开关的脉冲成形网络模型及适用于电热化学炮研究的脉冲功率源 ,并进行了不同负载条件下的单、多路PFN的放电实验     

轨道炮动态负载特性的分析与仿真

为设计有效的脉冲功率电源,必须了解负载的动态特性。通过对一个简化轨道炮模型进行电磁场三维有限元分析,得到轨道炮的电感梯度和电阻梯度的频率和时间分布,轨道和电枢的磁感应强度分布,电枢受力,反向动生电动势变化情况。在设定的脉冲功率电流作用下,求得电枢的运动速度和位移。仿真结果表明,轨道炮的负载可以等效为非线性的电阻、电感和一个变化的反向电动势的串联。     

全数字火炮指挥供电系统的研究

针对火炮指挥系统供电电源高可靠性要求,设计了一种采用相位调制跟踪法的全数字式电源并联系统。该系统将各并联模块的输出功率值通过相位调制转换为控制通讯线上周期脉冲信号的相位值,然后通过锁相同步的方法使所有模块都跟踪调制脉冲相位最超前,即输出功率最大模块,从而实现功率均分。采用数字脉冲锁相技术提高了均流控制精度,通过数字信号压缩,只需一根通讯线即可完成并联控制,提高了安全性和抗干扰能力。试验结果表明,并联电源系统工作稳定。该方法还能自动切换并联系统内故障的电源模块,实现了民主主从式不间断控制．有效提高了火炮指挥系统的供电可靠性。     

一种同轴型脉冲功率电缆的设计与试制

为满足电热化学炮系统工程化研究需求,开展了一种同轴型脉冲功率电缆设计与试制。根据发射试验获得脉冲电流、内部过电压等数据以及商业大功率电缆使用的经验,分析确定了脉冲功率电缆设计指标;基于同轴型商业大功率电缆开展了脉冲功率电缆结构设计,增加了屏蔽加强层和半导电层。屏蔽加强层能抑制外导体芯线错位产生的强电动力,防止电缆变形和爆裂,提高机械强度,改善电磁屏蔽效果;半导电层有助于消除气隙,平衡内部电场。使用有限元分析ANSYS软件对脉冲功率电缆进行了电磁场和热分析,协助开展了电气强度、机械强度和温升特性等辅助设计。针对脉冲功率电缆推广使用中出现的芯线端部拉长、断股与撕裂等现象,为内导体设计了钢芯以提高其抗拉强度。耐压试验与脉冲放电测试的验证结果表明,脉冲功率电缆在25 kV/5min电压作用下无损坏,在幅值203 kA、半峰值时间大于2 ms脉冲电流作用下无形变,满足系统研制要求。     

基于扁平电机的轻混式履带车辆综合传动方案

根据履带车辆对高供电能力、高体积功率密度、高机动性能、多使用功能、轻质量等发展需求,综合考虑液力机械综合传动、电力驱动技术发展趋势和技术成熟度,依据一种多目标综合评价方法进行液力机械综合传动、机电复合传动、纯电驱动、重混式综合传动、轻混式综合传动5种传动类型优选,进而提出一种基于扁平电机的轻混式多功能综合传动方案。该方案可有效补足液力机械综合传动装置供电能力短板,提高体积功率密度,提升机动性能,扩展履带车辆动力舱功能,有效控制质量;同时对该方案参数匹配与机动性能预测等开展研究工作。结果表明,新方案可以有效解决履带车辆动力舱的布置安装问题,避免了由于原方案导致车辆的车长方向过长引起的其他问题,结构合理可行。     

基于LTC3789 的高功率密度电源变换器

为满足三相交流发电机后端直流稳压电源宽电压幅值、宽频率输入,高功率密度、高效率和频率测量的 要求,对基于LTC3789 的高功率密度电源变换器进行研究。以高性能升降压式开关稳压控制器LTC3789 作为主控电 路进行电路设计,采用电压过零检测电路检测发电机频率,并对电源进行测试实验。结果表明：该电源电路输出电 压稳定,具有较高的功率密度和效率,使电源满足使用要求。