基于ICCOS的STRETCH meat grinder电路中逆流回路的探讨

将ICCOS换流原理应用于STRETCH meat grinder电路中的电感储能型脉冲电源新型拓扑具有有效提高关断电流和降低系统成本的优势。为构建电气性能和非电性能最优的电感储能型脉冲电源系统,对基于ICCOS的STRETCH meat grinder电路的逆流回路的分析和优化设计是必要的。基于ICCOS的STRETCH meat grinder电路的理论分析,结合初步实验结果,本文提出了ICCOS逆流回路的基本设计约束,通过逆流电容值及其预充电压的优化取值,使逆流能量最小。仿真分析表明,ICCOS最小逆流能量和所要关断的电流大小直接相关,且受到一次直流电源的影响,而与所关断的电感初始储能大小无关。     

连续脉冲电源用超导脉冲变压器设计与试验研究

将超导电感储能用于脉冲电源,可以减少充电过程中的电阻损耗,降低对初级充电电源的功率要求。本文介绍了一种基于超导脉冲变压器的连续脉冲电源电路,对该电路的工作过程进行了详细的原理分析,指出该连续脉冲电源电路兼具漏感能量回收和负载剩余能量回收的优点,并研制了用于该连续脉冲电源电路原理验证的小型高温超导脉冲变压器。通过连续电流脉冲测试实验对该连续脉冲电源电路原理和小型高温超导脉冲变压器的可行型进行了验证,分析比较了该小型高温超导脉冲变压器在常导和超导状态下的连续脉冲输出特性。测试结果达到了预期目标,并证明了超导电感在提高能量传输效率和降低对初级充电电源功率要求方面的优势。     

电感储能型脉冲电源系统的半解析参数分析

针对电感储能型脉冲电源这一复杂动态系统的性能分析,提出了理论推导辅以数值计算的半解析参数分析法。以STRETCH meat grinder拓扑为例,选取了系统设计和运行阶段的二项关键参数,即充电截止电流I0和电感比nL。分时段采用拉氏变换和数值求解,得到电源系统各支路电流和电压。以此可便捷地获得八项系统性能指标,即充电时间T0、充电效率η、一次/二次电流倍增比m1/m2、换流电容最大储能百分比ηC、主管耐压Vsopm、电枢出射速度正比项∝v和电感内阻总能损ER。讨论了电源系统运行阶段I0对性能指标影响的单参数分析问题和设计阶段I0和nL对性能指标影响的多参数分析问题。该方法可方便地用图形方式呈现出复杂动态系统某性能指标随任一项或多项系统参数的变化趋势,快速发现元件和控制参数对性能指标的影响及灵敏度,以选定合适的参数。     

含有强耦合电感的XRAM发生器及100kJ模块设计

电感储能型脉冲电源由于具有较高的储能密度和相对容易实施等优势而倍受研究者的关注。Meat grinder和XRAM是构成电感储能型脉冲电源的两种基本拓扑单元。其中,由多个电感线圈串联充电、并联放电构成的XRAM拓扑在结构上具有较强的拓展性,易于实现模块化。本文将构成XRAM电路的多个电感定制成为相互层叠的多个空心平面螺旋线型线圈结构,使电感线圈间具有强耦合作用。与原有结构相比,在相同储能时体积更小。理论分析和初步试验说明了电感间的强耦合作用不会弱化电路的电气性能。最后,讨论了利用这种含有强耦合电感的XRAM拓扑构建100k J能级模块的方案,并计算了储能密度,突出了其优越性。     

多级超导脉冲变压器的协调放电模式分析

为了探索多级超导电感储能的脉冲功率技术,设计两种基于多级超导脉冲变压器的XRAM结构的脉冲电源模式,并对其协调放电特性进行分析和仿真研究。首先介绍单级的基于超导脉冲变压器和电容器混合储能的脉冲电源电路及其工作原理。然后结合XRAM电路的结构特点,设计两种XRAM结构的脉冲电源模式,分析这两种脉冲电源模式各自的特点,仿真研究其不同的协调放电方式。最后选择负载电流脉冲的幅值、半高宽、矩形面积比和能量传递效率等四个性能为指标,分析两种脉冲电源模式的输出特性。结果表明:多级超导脉冲变压器可以采用XRAM电路结构,在多级同步放电的模式下负载电流脉冲在幅值、半高宽和能量传递效率等性能方面要优于非同步放电模式。     

新型电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑

提出了一种用于电磁发射的电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑。该拓扑中两储能电感充电时串联,放电时并联,以实现电流倍增。与meatgrinder电路相比,该电路两储能电感之间不需要磁耦合,具有设计简单灵活、容易制造的特点。为避免电感储能断路时断路开关出现过电压问题,用电容作为能量转换器件可实现开关的零电压断路。对该脉冲电源系统的工作原理进行了理论分析,搭建了小型实验系统,验证了该电源拓扑的可行性。以轨道炮为负载,对电感、电容参数对系统性能的影响进行了仿真分析,结果表明多个电源模块的并联运行能明显提高系统能量转换效率。     

脉冲功率源用高耦合度储能电感研究

在电感储能型脉冲功率源中耦合电感是关键。首先从STRETCH Meat grinder 电路出发,阐明了高耦合度电感的概念,然后通过分析影响耦合度的关键因素给出了高耦合度储能电感的模型,并对耦合电感的电感量和磁场的计算进行了数学推导。为了进一步的了解耦合电感的磁场分布情况,本文对其进行了有限元仿真,得到了耦合电感的磁感应强度分布云图和能量分布云图,考虑到漏磁的存在,在文章的最后还对耦合电感的漏磁进行了仿真计算。通过本文的研究能够为脉冲功率源用高耦合度储能电感的优化设计提供一定的理论依据。     

多模块电感型脉冲源系统的分析与优化

由于电感储能型脉冲源单模块的能级受限,无法达到电磁发射的能量要求,需进行多模块协同工作的研究。而电感型脉冲源元件参数众多,工作过程复杂,且多模块运行中存在串扰,给系统设计带来很大的挑战。该文基于Meat Grinder with SECT电路,探究了多模块电感型脉冲源的工作过程,经过磁路和电路的等效处理之后,将多模块系统的运行简化为单模块问题。基于此,建立了详细的多模块脉冲源系统的解算方法,可以利用最底层的几何和电气参数,计算出脉冲源系统的性能指标。使用遗传算法对系统参数进行大规模优化,得到储能密度最高的多模块电感型脉冲源系统的参数,使用8个分立的脉冲源模块,并联、同步为负载放电,可以实现4.58MJ/m³的储能密度和158kA的电流输出。     

基于超导储能电感的meat-grinder脉冲电源

为了探索高温超导储能用于线圈型同步感应电磁推进脉冲电源的可行性,研究了超导电感和电容混合型meat-grinder脉冲电源电路。设计并研制了一个小型的高温超导储能脉冲变压器,提出了高温超导储能脉冲变压器使用meat-grinder电路拓扑结构的脉冲成形方案,并以3个电感线圈作模拟同步感应电磁推进系统负载,进行了仿真分析和实验验证。在77 K和储能电流96 A的情况下,实验得到了2.35~3.04 kA的电流脉冲输出,并有望在20 K温度下满足线圈型电磁推进的应用要求。结果表明,提出的脉冲电源模式是可行的。因负载电流脉冲受负载阻抗影响较大,在实际电磁推进应用中,需要减小线路电阻和常导电感的内阻。     

电感储能连续脉冲电源驱动电磁发射系统仿真

为探索连续电磁轨道发射用超导电感储能脉冲电源,建立基于单模块高温超导脉冲变压器的连续脉冲电源电路,对脉冲电源电路驱动电磁发射系统的不同放电阶段进行数学建模,仿真分析电路参数对电磁发射特性的影响,最后实验验证脉冲电源的可行性。仿真中基于储能27.72 kJ的单模块的高温超导脉冲变压器,当耦合系数为0.95,转换电容为400μF,副边电感为9.2μH,抛体质量为21.61 g时,得到510 m/s的发射速度,原边电感在放电结束后可回收剩余能量6 kJ。结果表明基于高温超导脉冲变压器的连续脉冲电源用于电磁发射系统是可行的,并有利于系统能量利用效率的提高和连续电磁发射的实现。     

静电电源设备中倍压整流电路的暂态分析

本文在一定的近似条件下，对静电电源设备中使用的倍压整流电路建立了数学模型。通过计算机的计算分析，得出了电路的平均输出电压，脉动幅度及输出电压的稳定过程与电路的结构参数间的关系。并指出了用这种压整流电路制造脉冲式高压静电源的可能性。     

一种高压脉冲电源充电技术的研究

介绍一种以串联谐振变换器为充电电路的高压脉冲电源充电技术，分析了电路的工作原理，给出了电路设计时各主要参数的选择方法以及几个关键点的仿真波形。实验结果表明该电源具有体积小、精度高等特点。     

HL-2A装置磁场电源系统

描述了国内第一个具有偏滤器的大型托卡马克装置的大功率脉冲磁场电源系统.电源主回路主要由飞轮脉冲发电机、整流变压器、晶闸管变流设备、硅整流器、开关网络等组成.通过采用多项关键技术措施,解决了硅整流器直接并联下两发电机输出平衡,并联多个整流器的电流平衡,适合大频率范围动态变化的恒角移相控制,大电流六相整流器全关断检测,先进的监控和脉冲高压强流检测等难题.实验结果表明,其性能指标很好地满足了装置实验的要求.     

单信号驱动的固态脉冲源

随着脉冲功率电源在材料表面改性、污水处理以及生物医学等方面的广泛应用,脉冲功率电源正在朝着小型化、驱动简单及稳定的方向发展。目前,由于固态脉冲电源信号需要进行高压隔离,造成系统复杂且体积庞大。为了降低系统的质量和体积,文中提出了一种单信号驱动的固态脉冲源的拓扑结构,通过一个信号控制第一级开关的导通和关断,经主电容对剩余开关的门极电容充电后自行触发余下开关。最后,基于该拓扑结构在通用电路分析(PSPICE)中仿真了10级单信号驱动的固态脉冲源电路,结果表明该新型电路拓扑直流充电源工作在800 V,系统输出幅值约为8 kV,脉宽约为200～800 ns的脉冲电压,对于生物医学应用、肿瘤消融以及污水处理有重大意义。     

磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用

结合实验与仿真结果,分析了系统,多级磁脉冲压缩电路的运行特点,讨论了作为“磁开关”的可饱和电感磁心复位问题,最后介绍了磁脉冲压缩技术在脉冲电源领域中的应用情况,给出了ＩＧＢＴ脉冲电源样机运行结果。     

脉冲氙灯电源的设计及在水质分析仪中的应用

针对国外脉冲氙灯配套电源模块价格昂贵,订货周期长的问题,河北先河环保科技股份有限公司自行研制了脉冲氙灯的高压供电电源,不仅满足了设计要求,而且降低了仪器的研发生产成本,缩短了研发周期.介绍了脉冲氙灯的应用背景,研究了脉冲氙灯高压供电模块的电路设计原理,将此高压电源模块应用在水质在线分析仪器上对标准溶液进行了测试,对得到...     

低场核磁共振系统的脉冲功率激励源

本文提出了一种实用可靠、经济简单的低场核磁共振系统的脉冲功率激励源设计方案.通过理论和实验结果验证了开关功率放大的互补输出电路可以满足低场核磁共振系统中功率激励源的特殊要求.给出了功率MOSFET在开关频率2MHz以下的驱动电路设计.该方案已应用在低场核磁共振系统中的脉冲激励源上,具有输出效率高、频率范围宽、调谐方便,有利于核磁共振实验时谐振点搜寻等优点.     

脉冲负荷对舰船综合电力系统的冲击作用研究

综合电力系统可以为舰载高能功率武器等脉冲功率负荷提供瞬时高能。脉冲负荷具有极高瞬时功率,它的使用必将对系统电能质量带来较大的影响。为此就脉冲负荷对舰船综合电力系统的冲击作用进行了研究,其脉冲功率系统为储能电容充电电路形式。充电电路有2种不同拓扑结构:基于可控整流器和基于不可控整流-直流变换器。结果表明:脉冲负荷采用不可控整流器-直流变换器拓扑形式比采用可控整流器拓扑形式对系统造成的冲击小得多,并且电力推进的协同使用可进一步降低冲击强度。