脉冲电源储能电容反向充电电压释放方法

在放电主开关放置于储能电容支路的脉冲功率电源放电过程中,储能电容存在反向充电现象,反向电压无法释放,影响储能电容的使用寿命,并降低了脉冲功率电源的使用效率。在详细推导电容储能型脉冲功率电源放电过程的基础上,分析影响储能电容反向充电电压的因素,讨论降低储能电容反向充电电压的途径,将放电主开关放置于负载支路的电路结构,实现了储能电容反向充电电压的释放。仿真和实验结果表明:调整放电开关位置后的脉冲功率电源负载电流特性与调整前基本一致,完全满足电磁发射的需求;同时,反向电压的及时释放提高了储能电容的使用寿命,增加了电磁发射系统的效率。     

基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统设计

设计构建了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统,该系统主要包括储能部分、充电部分、放电部分及监控系统。储能部分采用磁悬浮飞轮储能装置,充电部分采用充电电源和充电机,放电部分采用逆变器和变压器,监控系统实现对整个系统的数据采集、存储、监视和控制。系统的运行状态包括静止状态、启动状态、充电状态、放电状态、待机状态和停机状态。通过监控系统对整个系统的运行状态进行协同控制,保持系统正常运行。搭建模拟测试系统进行了实验测试,结果表明,测试系统能够在3 ms内快速响应,输出秒级的脉冲平顶波。该系统采用模块化设计,容量配置灵活,响应速度快,使用寿命长,建设周期短,运维简单,可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求。     

脉宽扩展型脉冲电源的研究

随着脉冲功率技术的持续不断发展,其在国防建设以及国民生产中的应用越来越广泛,为了满足电磁发射技术的需要,高精度的脉冲电源系统是必不可少的,基于国内外在高功率电容器,晶闸管和续流二极管及脉冲放电网络最新的研究基础上设计了一个小型的紧凑型脉冲功率电源,并采用pspice对脉冲电源的各个部件进行了理论研究和系统的仿真分析验证。为了满足轨道炮放电所需要的恒定持续的大电流,探讨和改进了两种脉宽扩展型放电网络,经过仿真分析,其能够很好地时序触发,并且电流的输出波形很好地满足了轨道炮的要求。最后对两种放电网络进行了仿真比较分析。     

无电抗器电容储能型脉冲功率电源

电容储能型脉冲功率电源是目前特种直线电机系统主要选用的电源类型。现阶段脉冲功率电源小型化、轻量化的研究均着重于提升各器件的自身性能，短期内难以实现储能密度的大幅提升。该文针对感性负载开展无电抗器电容储能型脉冲功率电源研究，进一步提高电源的小型化、轻量化指标，推导和研究晶闸管导通时延抖动所带来的影响，分析该型电源安全运行的触发方式与匹配负载，并通过试验进行对比和验证。结果表明：无电抗器电容储能型脉冲功率电源可提升储能密度，具备小型化和轻量化的潜力；同步触发是实现无电抗器电容储能型电源系统可靠运行的条件，需要重点关注该型电源工作的抖动性；通过理论和实验，分析和验证了抖动对该型电源所带来的影响，具有指导意义。     

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。     

民用脉冲功率与等离子体技术交流会议即将召开

为推动脉冲功率与等离子体技术水平的提高和有效地为经济建设和社会进步服务，高电压新技术分专业委员会拟于1995年9～10月间召开交流会，主要内容包括：1脉冲功率技术基础与系统实用化脉冲功率发生系统分析，脉冲功率技术中的放电和击穿过程，脉冲陵化和调制系统，磁脉冲压缩（MPC）系统，快脉冲放电的生物、医学效应，脉冲电源系统与负载匹配，高重复频率，长寿命开关，高贮能密度、小体积、长放电寿命无（低）感电容器，高效、低感传输线，高效脉冲变压器，惯性贮能系统．2．等离子体技术基础与系统实用化等离子体发生系统分析，等离了…     

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。     

一种电容式调压脉冲功率电源设计和工作分析

为了设计研制一种电容式调压脉冲功率电源并分析其工作特性,采用双向晶闸管调压、升压整流和限流的充电方式,以及先粗调后细调的策略向电压给定单边逼近以实现快速高精度充电。分析了3种感性负载的放电脉冲工作形式:弦波脉冲电流配合电容反充能量回馈,可用于重复频率要求较高的场合;续流波电流的有效脉宽较宽,可用于要求放电高频分量相对较小的场合;交流衰减波电流可用于永磁体的退磁等应用中。放电电流峰值由负载电感和电阻值共同决定,减小电感能大幅度提高输出功率,但受放电晶闸管的指标di/dt的制约电感有最小值。电容反充电压能量回馈是提高脉冲功率电源效率和增加电源重复频率最有效的手段。给出了评价和使用该类电源技术指标的计算方法,除了最高工作电压、最大储能之外,可根据负载给出最大输出功率、输出峰值电流、最大电压重复频率等技术指标,并可在给出的曲线上选取匹配的工作参数。     

紧凑型脉冲电流源的研究

小型化是脉冲功率技术的关键问题之一,对脉冲电源小型化的研究,国外已开展大量工作,国内则处于起始阶段。为此基于高储能密度电容器、器件小型化和集成紧凑化方面的研究成果,研究了一套储能为500kJ的紧凑型脉冲电流源系统。该系统由10个50kJ可控制顺序触发放电的单模块组成,每个模块包括13kV/50kJ高储能密度金属化膜电容器、小型触发真空开关(TVS)、20μH的调波电感、高压续流二极管和30mΩ的吸能电阻,并通过电缆向近似短路负载输出脉冲电流,单模块输出电流最大值可达70kA。针对TVS导通瞬间可能在高压续流二极管上产生过电压导致二极管损坏的问题,设计了二极管的保护回路,提高了整个脉冲电流源系统的可靠性和安全性。最后通过精确控制10个单模块顺序放电,可输出电流峰值达数百kA的平顶波。     

电磁弹射系统的脉冲功率源设计

为了解决盘形线圈弹射装置发射需要用于改变弹射体的发射方向的2个正交时变磁场,研制了由2个独立模块构成的脉冲功率源装置。每个模块的储能为300 kJ,由6个电容、改进的大功率火花隙开关、续流二极管、高频PWM整流器及用于脉冲成型网络的同轴电缆输电线组成,且每个电源模块可经光纤控制器单独触发,通过改变触发脉冲的延迟时间改变发射方向(在10 ms到几μs间)。为减小电磁干扰和电磁力的影响,使系统具有高灵活性和可靠性,改进了脉冲电源模块中元器件的位置及其结构,每个模块所能承受最大电压5 kV,放电电流峰值达200 kA。实验结果表明,研制的脉冲功率源输出电流大、安全可靠、结构紧凑、操作方便、性能满足电磁弹射研究的需要。     

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。     

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.     

脉冲气体开关用SF6混合气体放电特性的研究

脉冲功率技术在大功率激光、Z箍缩、高功率微波和材料合成等领域均有非常广泛的应用,气体开关是脉冲功率装置中关键元件之一.为了获得开关间隙中不同气体电介质时开关工作性能、开关寿命等的变化规律,笔者针对一种典型结构的场畸变气体开关,采用工程中常用的正负充压回路方式,通过改变SF6/N2、SF6/Ar混合比、气压和电极间距等实...     

Investigating Pulsed Discharge Polarity Employing Solid-state Pulsed Power Electronics

The power electronics technique has become a key technology in solid-state pulsed power supplies. Since pulsed power applications have been matured and found their way into many industrial applications, moving toward energy efficiency is gaining much more interest. Therefore, finding an optimum operation condition plays an important role in maintaining the desired performance. Investigating the system parameters contributed to the generated pulses is an effective way in improving the system performance further ahead. One of these parameters is discharge polarity, which has received less attention. In this article, the effects of applied voltage polarity on plasma discharge have been investigated in different mediums at atmospheric pressure. The experiments have been conducted based on a high-voltage DC power supply and a high-voltage pulse generator for point-to-point and point-to-plane geometries. Furthermore, the influence of electric field distribution is analyzed using finite-element simulations for the employed geometries and mediums. The experimental and simulation results have verified the important role of the applied voltage polarity, employed geometry, and medium of the system on plasma generation.     

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。     

串联充电-并联放电型电感储能线圈炮系统的研究

建立了串联充电-并联放电型电感储能单级脉冲感应线圈炮的系统模型,利用PSpice对系统特性进行了仿真,分析了弹丸线圈时间常数、转换电容、初始位移等参数对发射过程的影响,并对比了单个电感线圈储能和两个电感线圈串联充电-并联放电型电源拓扑的发射结果。搭建了由两个电感线圈构成的串联充电-并联放电的小型线圈炮实验系统,其中控制电路以DSP芯片TMS320F2812为基础设计而成。实验结果和仿真结果吻合较好,验证了系统模型的正确性。     

爆炸式螺旋绕组磁通压缩发电机的理论和技术(续)

设计了一种三层螺旋绕组结构的爆炸式磁通压缩发电机(MFCG),经过与单层螺旋绕组MFCG进行对比分析,发现三层螺旋绕组结构的爆炸式MFCG能够带动9倍大的电感负载和3倍大的电阻负载并实现高效率发电。这种“高电压低电流”的MFCG设计思路将改变“MFCG只适合带动较小负载”的观念。     

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.     

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.