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。     

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.     

电热化学发射中硅堆故障试验分析

针对电热化学发射试验中脉冲电源发生的高压硅堆损坏,分析可能导致器件损坏的原因,通过机械振动冲击试验、脉冲放电仿真与试验、硅堆反向恢复特性测量等确定故障原因。研究结果表明：电热化学发射过程中的机械振动冲击不会造成硅堆损伤,故障由电感性质负载特性、串联元件的反向恢复特性不一致和脉冲电源非同步放电等因素共同造成,传输线电感分量偏大是故障发生的直接原因。研究结论对于高压硅堆在电热化学发射中的应用具有指导作用。     

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。     

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。     

基于灰熵分析法的电枢出口速度影响因素分析

为了研究电磁轨道炮结构设计参数与电枢出口速度之间的相关性,建立了电磁轨道炮电枢出口速度影响因素的指标体系,采用灰熵关联法,分析了电容、电感、电阻、电枢质量、轨道有效长度、放电电压对某口径电磁轨道炮电枢出口速度散布特性影响的显著程度.结果表明,放电电压、电容是影响电磁轨道炮精度的主要因素,电枢质量时电磁轨道炮精度影响最小...     

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.     

半导体桥等离子体温度的实验研究

基于原子发射光谱双谱线法测温原理,对半导体桥(SCB)等离子体温度进行实时瞬态测定;实验研究了放电脉冲条件下等离子体温度的变化规律及不同脉冲能量对等离子体温度的影响.结果表明:充电电容为22 μF,初始放电电压由21 V增大到63 V,等离子体峰值温度由2 000 K上升至6 200 K;放电电压为39 V,充电电容由...     

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。     

考虑船体涡流影响的舰船消磁线圈电感计算方法

舰船消磁线圈的电感值是影响消磁电源系统设计的重要因素。针对舰船结构复杂、船体涡流去磁效应显著等特点,提出一种基于时谐磁场仿真的消磁线圈电感计算方法,利用三维时谐磁场仿真提取线圈端电压和电流的实部和虚部,并根据阻抗相量表达式确定线圈电感值。重点分析壳体涡流的趋肤效应对电感计算结果的影响规律,提出壳体网格优化控制方法,计算实尺寸航母消磁线圈的电感,并对其影响因素进行分析。分别设计空心线圈电感解析计算模型和航母消磁线圈电感物理缩比模型,并对缩比模型电感进行实测。研究结果表明,空心线圈电感计算相对误差仅为1.8%,缩比模型的自感和互感计算的最大相对误差分别为7.1%和17.2%,有力验证了所提方法的有效性,为舰船消磁电源的设计提供了参考依据。     

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.     

多层Al/Ni含能薄膜在电容放电激励下的能量释放特性和规律

为了研究Al/Ni含能薄膜的能量释放特性和规律,采用微细加工方法制备了双"V"型夹角的Al/Ni含能薄膜换能元。研究了Al/Ni含能薄膜换能元在47μF固体钽电容放电激励下的能量释放特性和规律。电爆炸测试时,用自主研制的ALG-CN1储能放电起爆仪作激励电源。电容器用47μF固体钽电容,充电电压为10～45 V。用高速摄影仪(HG-100K)观察换能元的发火过程。用数字示波器(LeCroy44Xs,4通道)记录换能元发火时电流、电压随时间的变化曲线。结果表明,Al/Ni含能薄膜换能元在电容激励下的电爆过程按照电流变化率(dI/dt)可以分为三个阶段:回路寄生电感的储能,换能元的电爆炸及等离子体加热。与相同桥型的NiCr薄膜换能元比较,所制备的Al/Ni含能薄膜换能元具有输出能量高以及电爆后产生的火花飞溅距离长的特点。发火回路的寄生电感对于换能元的起爆具有重要作用。Al/Ni含能薄膜换能元电爆炸时的输出能量主要来源于两部分:电容的输入能量和含能薄膜释放的化学能。     

三相输入AC/DC输出串联全桥组合变换器

基于电流纹波效应提出了一种新型三相输入AC/DC输出串联全桥组合变换器。该变换器同时具有单相和三相输入AC/DC全桥变换器的优点,在保证电源输出品质的同时,降低了主要元器件的电压应力,减小了输入和输出滤波电容的容值,从而提高了变换器的可靠性、功率因数和功率密度。理论分析和仿真研究验证了该变换器的正确性和可行性。     

军用封存蓄电池全自动维护系统

针对军用封存铅酸蓄电池的充电和维护问题,提出了基于脉冲充电和脉冲谐振技术的全自动维护系统方案。采用脉冲充电模式完成电池自动充电,并用脉冲谐振技术维修模式防止过放电或放电后产生＂硫化＂现象。结果表明,该系统能自动对蓄电池进行充电和去硫化维护,保证了蓄电池始终处于良好的状态。     

基于MOS控制晶闸管的高压电容放电特性

为了研究国产金属氧化物半导体(MOS)控制晶闸管(Metal?Oxide?Semiconductor controlled thyristor,MCT)与高压陶瓷电容组成的电容放电单元(Capacitor Discharge Unit,CDU)的放电特性,设计制备出体积为40 mm(L)×25 mm(W)×8 mm(H)的CDU,其回路电感约10 nH,电阻约100 mΩ。首先分析了CDU回路的R-L-C零输入响应方程,采用CDU负载短路放电实验进行验证,研究发现随着电容值的增大,CDU的峰值电流、峰值电流上升时间、高压电容的放电时间等关键参数均增大;随着放电电压的升高,峰值电流增大,峰值电流上升时间不变。采用微型爆炸箔芯片(Cu桥箔35 mΩ)和硼/硝酸钾(Boron?Potassium Nitrate,BPN)点火药(硼粉/1.50μm,压药密度/1.57 g·cm~(-3))验证了CDU的作用效能,在0.36μF/1.20 kV下,测得回路峰值电流2.032 kA,桥箔两端电压0.9273 kV,峰值电流、电压延迟时间32.4 ns,爆发点时刻168.2 ns,爆发点功率1.490 MW,且CDU能可靠进行BPN的飞片冲击点火。结果表明,基于国产MCT和高压陶瓷电容的CDU基本适用于爆炸箔起爆器等脉冲大电流激发火工品,但其综合性能仍需改进。     

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。     

硅振荡器提高调频多普勒引信的炸高精度

针对调频多普勒引信因器件的容差和环境温度的变化使信号处理输出的目标信号幅度不一致,影响引信炸高精度的问题,提出采用硅振荡器提高调频多普勒引信的炸高精度的方法。该方法用硅振荡器替代RC振荡器,振荡器电路电源、接地方式、输出端口不变,仅用一个硅集成块和一个去藕电容代替CMOS器件和电阻电容组成的RC振荡器,振荡频率由器件本身决定,不需要调试外围器件来校正输出频率。仿真和试验表明,用硅振荡器替代RC振荡器,能在保证耐高过载的前提下提高引信炸高精度。