基于超导储能型脉冲变压器的脉冲电源放电研究

为了实现超导电感磁储能脉冲电流输出,本文针对一种基于超导储能型脉冲变压器的脉冲功率输出模式展开研究.该模式使用非线性电阻作放电电阻.根据非线性电阻的特性,本文结合仿真研究了非线性电阻转变电压对系统能量转换效率的影响,并通过与线性电阻比较了使用非线性电阻的优势.仿真结果表明这种脉冲功率电源模式是可行的,通过选择合适的非线性电阻的转变电压,可以在当前技术条件下获得较高的脉冲电流输出和较高的能量转换效率.     

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。     

基于超导脉冲变压器的脉冲电源剩余能量回收方法

针对基于高温超导脉冲变压器的电感储能脉冲电源,提出一种提前主动回收剩余能量的方法。该方法通过利用一个桥式电容转换电路吸收放电初始阶段的漏感能量,而在负载电流脉宽达到要求后,利用回收的漏感能量使二次侧电感电压极性改变,进而快速切断负载电流,并将剩余能量转移至一次侧电感中。仿真和实验结果表明:该方法可以快速切断负载电流和回收剩余能量,而且负载电流的切断时刻可控。实验结果和仿真结果反映的规律与理论分析基本一致,表明了该方法的有效性。     

超导储能功率脉冲电源中脉冲变压器的研制

利用脉冲变压器模式的超导储能功率脉冲电源能有效地提升输出电流,针对这种模式,笔者重点介绍了降压升流型脉冲变压器的一种设计方法.文中先建立了脉冲变压器的等效电路模型,给出了脉冲变压器的技术要求和结构参数设计.通过理论分析和参数计算研制了一台脉冲变压器,对研制好的脉冲变压器进行仿真和实验测试,结果表明:实验输出波形与仿真波...     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

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。     

脉冲变压器对超导电感脉冲输出能量的影响

为了实现超导磁储能脉冲电流输出,分析了用变压器升流技术实现超导磁储能脉冲功率输出方案(该方案通过控制开关及变压器升流以提高脉冲电流输出值)的可行性,着重讨论了变压器参数对能量输出效率的影响。分析结果表明调整变压器的参数能实现较高的能量输送率,增加变压器的耦合系数能减少并联保护电阻上的能量损耗;为获得较高的能量传输效率,应提高变压器原方电感与储能电感的比值KL。分析显示储能电感的模块化设计有利实现这一目标。     

混合储能脉冲电源中电容重复利用方案设计及仿真

在基于超导电感-电容混合储能脉冲电源中,两个储能电感比值较大时转换电容的容量要求也较大,降低了超导储能的体积优势。针对这一问题,本文分析了转换电容对单模块电路工作特性的影响,提出了多模块超导电感-电容混合储能脉冲电源电路共用一个转换电容支路的设计思路,并以三模块为例对同时放电和延时放电模式进行了仿真验证。仿真结果表明:多模块超导电感-电容混合储能脉冲电源电路可以共用一个转换电容支路,两种放电模式对负载电流脉冲都进行了改进,但同时放电模式进一步降低了超导储能的优势,而延时放电模式可大幅提高超导储能的优势。     

基于大电流脉冲的超导储能磁体快速放电方法研究

常规的超导储能磁体放电方法不能满足磁体快速放电的要求,而且放电瞬间还会在磁体两端产生高峰值的过电压脉冲,这对磁体的安全是一个隐患,因此寻找快速、安全的放电方法具有一定的现实意义。通过理论分析,笔者研究了在直接放电方法基础上加入电阻性和电容性两种转换电路的可行性。仿真结果表明:两种不同类别的转换电路与直接放电方法相比,不仅放电速率明显提高,还能有效抑制过电压。加入电阻性或电容性转换电路后,磁体中的能量转移更加迅速,输出的电流脉冲峰值更高,对同类超导储能磁体放电研究提供了重要的参考依据。     

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。     

一种利用非线性电阻和高温超导空心脉冲变压器转换放电的脉冲功率电源

针对传统电容储能脉冲电流电路存在的问题,本文结合高温超导储能技术,提出了一种利用非线性电阻和高温超导脉冲变压器转换放电的脉冲功率电源。对该脉冲电源的工作过程进行了理论分析,分析结果表明提高非线性电阻的转变电压和脉冲变压器变比能提高系统的效率。为了验证该脉冲电源的可行性,设计了一个采用高温超导Bi2223/Ag带材和铜带绕制的小型脉冲变压器进行实验,实验结果和仿真结果基本一致,验证了该放电模式具有较高的能量传递效率和电流上升率。     

Pulse switching characteristics of MAGTs for pulsed power applications

For pulsed power systems such as lasers and accelerators, semiconductor switches with their longer service life have actively been developed as replacements for thyratrons. The MOS-driven thyristors are suitable for pulsed power applications because they have high-power handling and fast turn-on capabilities. The MOS-assisted gate-triggered thyristor (MAGT), designed especially for pulsed power, is a promising candidate in this field. This paper presents the results of an investigation into the performance of MAGTs. Using a pulse-forming network (PEN), the pulse-switching characteristics and the dynamic resistance characteristics during the current flow are investigated. A maximum current density of 21.8 kA/cm² and di/dt of 106 kA/μs/cm² with 1550-V anode voltage on a single-shot basis were obtained. Furthermore, a life test with 10⁹ shots at a high repetition rate showed no degradation in the observed characteristics. Based on these experimental results, a carrier flow model of MAGT during turn-on process is proposed and the turn-on mechanism is considered.     

超导电力技术在未来智能电网应用研究

智能电网将成为电力工业的重要发展方向,超导电力技术为智能电网的发展提供解决方案。本文基于我国目前电力系统现状,从电力系统角度出发,对超导电力技术在智能电网的应用做出具有前瞻性的探讨,重点讨论了超导储能技术、超导电缆技术、超导限流器技术等超导新技术在智能电网的应用前景及其主要研究发展方向。     

多级磁压缩脉冲电源

阐述用于EUV光刻技术的脉冲功率电源的设计。该脉冲电源由充电电容组,半导体开关(IGBT),脉冲变压器和四级磁压缩回路组成。解释磁开关的工作原理,提供各关键元件的设计参数。根据磁性材料的物理特性参数,利用Pspice仿真软件建立磁芯模型,构建磁开关和仿真电路,对各级电压和电流波形进行分析,进而设计调整各级磁开关的参数。实验结果表明,该脉冲电源输出峰值为30 kV,上升沿为<85 ns,脉冲宽度<100 ns的脉冲信号。     

Optimization of the electric power leveling system by using superconducting magnetic energy storage with genetic algorithm

A new optimization method of the electric power leveling system using an SMES is proposed. The SMES is parallelly connected with rolling mills in steel works. The leveling control is based on fuzzy reasoning. The SMES capacity and the scaling factors of the fuzzy controller will be optimized so that the power leveling control can be achieved and then the total cost of the added SMES cost and reduced contract electricity rate becomes lower. The optimization is carried out using a genetic algorithm and a cost reduction of 7.76 billion yen can be achieved. Power leveling simulation confirms that the proposed optimization method is very effective for designing the power leveling system. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(3): 62–69, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20049     

电感储能型线圈炮系统的建模和参数优化

建立了包括驱动线圈、弹丸以及驱动线圈与弹丸之间耦合关系的单级脉冲感应线圈炮系统的模型.利用MATLAB对系统特性进行了仿真,通过分析系统各主要参数对发射弹丸的影响,得到了一些对线圈炮设计有指导作用的结论.在此基础上对线圈炮部分参数进行了优化设计,搭建了小型实验系统并进行了发射实验,验证了上述模型和分析的正确性.     

基于meat grinder with SECT电路的50kJ电感储能型脉冲电源的研究

电感储能型脉冲电源是目前电磁发射技术的研究热点,提升装置储能密度对于推动电感储能型脉冲电源的应用和研究具有重要意义。本文介绍了一种适用于电感储能型脉冲电源的名为meat grinder with SECT的新电路,并对该电路进行了详细的原理分析,指出该电路兼具电流关断能力强和拓扑结构简单的优点。通过仿真将meat grinder with SECT和STRETCH meat grinder、STRETCH meat grinder with ICCOS这两种主流电路进行了性能比较,发现meat grinder with SECT电路在保持电气性能不变的同时,成本最低,体积最小。基于meat grinder with SECT电路,本文研制了50k J电感储能型脉冲电源并进行了试验测试,测试结果达到了预期目标。