1MV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源装置设计

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)技术是一种可以直接获得<100ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要的应用前景。为了掌握LTD装置设计技术,基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲LTD原型模块,设计了输出电压/电流分别为1 MV/100kA的快脉冲LTD装置。装置由10级LTD模块串联而成,系统总储能为20kJ,次级采用真空磁绝缘传输线结构。装置直径约1.5m,长度约2.2m。根据10级LTD模块串联装置系统电路分析和数值模拟,结果表明在10Ω负载上的输出电压约为1.08MV,上升时间约51ns,脉宽为168ns。同时还针对磁绝缘传输线锥形和直筒形阴极结构建立了简化模型,采用PIC粒子模拟编码对其进行粒子模拟,结果表明,2种结构在负载端的输出电压均约为1MV,输出阻抗接近10Ω,同轴传输线间隙的电子流能够实现磁绝缘。     

基于模块化Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源设计

重频纳秒脉冲激励的大气压等离子体放电具有反应活性高等优点。设计了基于模块化雪崩三极管Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源。计算不同Marx模块的导通时延和输出波形的抖动,研究了磁心数量、位置和形状对于输出波形的影响。磁心电感越大、外径与内径之比越大,且位于传输线变压器第一级和最高一级时对脉冲叠加效率的提升作用越明显。提出直接叠加和传输线变压器两种脉冲叠加方式组合的方法,进一步提高输出电压。整体脉冲源可以在50~300Ω负载产生2~14k V,高阻负载产生4~25k V,前沿3.8ns,脉宽7~15ns,重复频率0~10k Hz的重频纳秒脉冲电压,装置结构紧凑,参数调节灵活,方便携带。     

重复频率的两级无复位非晶软磁合金磁脉冲压缩器

本文设计并研究一种可调脉宽的两级无复位磁脉冲压缩器(MPC)。磁开关的磁芯选用国产非晶软磁合金薄带2605S2绕制而成,层间未加绝缘薄膜。该磁脉冲压缩器将半高宽7μs的电流脉冲压缩至400ns,压缩比g=17.5,其电流峰值由64A提高到1129A,能量传输效率η=65.9%。在3.1Ω的负载上,获得3.95MW的峰值功率。脉冲重复频率达到25Hz。实验中发现,变化初始电压U_0。即可调节输出电流脉冲的宽度。     

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。     

长脉冲折叠型螺旋脉冲形成线的设计和初步实验

高功率脉冲功率调制器的紧凑化是其重要研究方向,为此将螺旋线与折叠线技术相结合,设计了一种长脉冲折叠型同轴螺旋脉冲调制器,该调制器将两根螺旋型脉冲形成线通过过渡段部分连接,形成折叠结构,在一定的长度范围内实现了长脉冲的输出,设计指标为:二极管电压400 kV,负载电流26 kA,脉冲宽度约为260 ns。对传输线的电压波过程进行了分析,结果表明,过渡段阻抗与传输线阻抗匹配时输出波形最好;用PSpice软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟;利用高压同轴电缆,进行了低压情况下的验证实验,实验结果与理论分析、模拟研究结果一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

单/双路馈入磁绝缘感应电压叠加器感应腔角向传输线的优化

角向传输线作为磁绝缘感应电压叠加器(MIVA)感应腔的关键部件,对MIVA感应腔馈入电流角向均匀分布,以及感应腔输出响应有决定性影响。为此,从馈入电流角向分布、阻抗匹配、绝缘安全等方面阐述了MIVA感应腔角向传输线的物理设计原则。针对双路和单路两种脉冲馈入方式,分别给出了优化的角向传输线结构。采用3维全尺寸、瞬态电磁模型对馈入电流角向分布和感应腔输出脉冲进行了模拟计算。结果表明,双路馈入MIVA感应腔馈入电流均匀性较好,设计角向传输线时首要考虑因素是降低角向线阻抗来改善感应腔输出脉冲响应,减小输出波形畸变。单路馈入MIVA感应腔馈入电流不均匀程度显著增大,采用非对称的角向线结构可提高馈入电流均匀性。双路和单路馈入MIVA感应腔电流角向不均匀系数最低分别为3%和9%。     

磁绝缘感应电压叠加器注入电流空间非均匀分布及影响因素分析

磁绝缘感应电压叠加器(MIVA)脉冲馈入方式导致感应腔注入电流空间非均匀分布,这对感应腔性能(如等效电感、电磁场分布、输出参数等)和MIVA次级磁绝缘特性(如电子鞘层、流阻抗、电流损失等)产生影响。建立MIVA感应腔全电磁模型,并得到典型结构下感应腔初级注入电流空间分布和次级磁场强度的分布特性。给出电流不均匀系数δ(t)的动态变化过程,仿真分析注入电流脉宽、感应腔初级绝缘介质、脉冲馈入路数及时间抖动等因素对δ(t)的影响规律。结果表明,δ(t)动态过程分为快速下降、稳定和缓慢下降三个阶段,注入电流脉宽影响稳定阶段持续时间和缓慢下降阶段;初级绝缘介质影响感应腔内电磁脉冲传播速率,进而对电流空间分布产生影响;注入脉冲路数对注入电流空间分布有决定性影响;双路脉冲馈入感应腔注入时间不同步时,不均匀系数发生改变。开展了单级感应腔注入电流空间分布实验,验证了电磁计算的正确性。     

串联补偿装置抑制负载磁饱和控制策略

直接耦合式串联补偿装置常用来解决配电网中电压暂降、暂升以及瞬时间断等多种电能质量问题。串联补偿装置投入补偿时,具有磁饱和特性的负载由于承受电压的变化会导致磁饱和或偏磁现象。为解决串联补偿装置运行初期磁饱和带来的电流冲击,通过分析磁饱和及偏磁现象产生的过程,基于磁通平衡的原理提出磁饱和抑制策略,恰当应用串联补偿装置的输出来控制负载承受电压,消除磁饱和问题,避免冲击电流带来的破坏性影响,并实现迅速及时、安全有效的补偿。仿真与实验结果表明,冲击电流得以控制,验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

实用化高压脉冲电源的研制与改进

提出了一种基于半导体断路开关(SOS)和两级磁脉冲压缩网络的高压脉冲电源,电源在负载为50Ω时脉冲电压峰值和脉冲宽度为51 k V和120 ns,但在负载为反应器时仅为16 k V和12μs。探讨了电源和反应器之间的匹配,以利于提高电源能量利用效率。根据将反应器整体看成是一级电容的匹配思路,设计出了一级磁压缩电源和两级磁压缩电源与反应器进行匹配。从实验结果可以看出,改进后的电源对大型反应器的效果非常好,负载为反应器时,一级磁压缩电源负载脉冲电压峰值和脉冲宽度为23 k V和6μs,两级磁压缩电源负载脉冲电压峰值和脉冲宽度为30 k V和1.2μs。     

激光触发变压器型脉冲调制器的实验研究

本文设计了一台激光触发变压器型脉冲调制器并开展了单次及1Hz重频实验研究。该调制器由水介质同轴脉冲形成线、激光触发开关、脉冲变压器、假负载等组成。在调制器主开关导通电压为-795k V时,激光到达开关25ns后调制器主开关导通,在负载上得到了电压-402k V、电流26k A、脉冲宽度128ns的准方波高功率电脉冲。当调制器主开关分别为氮气、六氟化硫时对调制器激光触发气体开关的延时、抖动特性进行了实验研究,266nm激光触发时,氮气具有较小的延时和抖动;同时对自击穿和激光触发两种情况下负载电压的前沿特性进行了对比,最后对实验结果进行了分析。     

基于磁控电抗器无功规划研究

传统的无功规划研究都是基于分组投切电容器这种补偿方式来考虑的,该补偿方式补偿容量不连续,受限制于投切次数,不可实时动作补偿.提出一种基于MCR型SVC的无功规划思想,首先以最小负荷方式下网损最优模型确定单组容量配置和MCR容量下限,然后从经济性出发以净收益最大模型来确定各补偿点总容量配置,两种建模方法相结合最终确定无功配置方案.     

磁阀式可控电抗器在高压电机软起动中的应用

在比较各种软起动方式的基础上,提出了一种新型电机磁控软起动方案,即在电动机定子回路串入磁饱和可控电抗器来实现电机的软起动,能保证电动机按负载要求的起动特性平滑起动,有效地降低电机起动对电网的冲击。     

磁饱和可控电抗器等效模型在设计中的应用

介绍了磁饱和式可控电抗器基本结构与工作原理,引入开关函数的概念,对可控电抗器工作状态进行分析.根据电路和磁路基尔霍夫定律,提出了一种基于磁饱和可控电抗器等效物理模型的设计方法,给出了单相磁饱和式可控电抗器具体设计步骤.结合铁磁材料的磁化曲线,反复迭代验证,实际设计了一台小容量的实验样机.实验结果表明:所提出的基于等效模...     

电磁耦合式无线供电在金属轴环境中的涡流损耗分析

针对无线供电技术在工程运用中、工作环境中通常存在电磁耦合系统初、次级线圈被金属轴穿过的情况,在金属轴中存在较为严重的涡流效应,对电磁耦合式无线供电系统进行传输模型建立,通过求解麦克斯韦方程组,推导出涡流损耗的解析表达式,并将电磁耦合模型与金属介质中的涡流损耗模型结合来分析系统工作中的涡流损耗特性。通过Maxwell电磁场仿真软件分析涡流特性来验证理论分析结果,并结合最终实验说明铁氧体磁屏蔽材料对于该环境中的涡流损耗的抑制效果。     

面向微型机器人的无线供电系统变空间尺度问题综述

超磁致执行器(GMA)具有结构简单、位移大以及输出力强、机械强度高等优点,可作为微型机器人的动力装置,其核心元件超磁致伸缩材料可通过电磁场驱动,从而实现微型机器人远程无线供电。在实际应用中,随着微型机器人运动轨迹的变化,GMA与供电系统发射线圈的空间位置关系即空间尺度也实时变化,进而影响无线供电系统的传输特性,包括传输功率和传输效率。基于此,重点论述了无线供电系统在变空间尺度情况下的工作机理及现有问题的解决方案,为实现微型机器人高效稳定供电提供参考和借鉴。     

Equivalent model of the side wall electrodynamic suspension system

The side wall electrodynamic suspension (EDS) system has the advantage of not requiring gap control, and the magnetic drag is smaller than for the repulsion arrangement. This levitation system is applied in the JR magnetically levitated (Maglev) transportation system. The experimental results in the Miyazaki test line seem to indicate that this system has large damping. However, calculations show that this system has little damping and the reason for large damping in the test line is not clear. Thus, running characteristics and improved design can be investigated using numerical analysis to improve riding comfort and reduce loss of the superconducting magnet. Since this is a non-linear system, complicated analysis is needed. Usually the running characteristics of this EDS system are given by a numerical analysis that combines electromagnetic phenomena with mechanical equations of motion. However, this method requires very large calculation times. Thus, a simpler suspension model for this EDS system is needed. This paper presents levitation and guidance characteristics of the system and develops an equivalent suspension system model from the electric circuit characteristics. The approximation is developed by a simple function of the velocity and position of the bogie. The dynamic movement of the bogie was calculated easily using this model, and the results correspond to the results given by the electric circuit model. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 124(2): 63–73, 1998     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

Running characteristics of the superconducting magnetically levitated train in the case of superconducting coil quenching

A superconducting (SC) magnetically levitated (Maglev) transportation system has been developed in Japan and various experiments have been done on the new test line in Yamanashi prefecture. Although the superconducting electrodynamic suspension (EDS) system has the advantage of stable levitation without active control, various electromagnetic or mechanical disturbances can change the gap length and cause the displacement or oscillation of the bogie. In this system, the severest disturbance is SC coil quenching. Therefore, it is important to determine the running characteristics of the Maglev train and to increase the stability in this case. We developed a three‐dimensional numerical simulation program for the Maglev train. Using this program, a running simulation of the train for the Yamanashi new test track was undertaken in the case of SC coil quenching. Because of the damping characteristics of the EDS system, the influence of coil quenching is smaller at higher speeds. In the train model, the electromagnetic spring strength of the EDS system is larger than that of the mechanical spring of the secondary suspension system connecting the bogie and cabin. Therefore, influence of the quenching is only seen in the cabins connected to the quenched bogie. Demagnetization of the SC coil quenching is considered to increase the stability of the train. Although this method is useful to decrease large guidance force, lateral displacement, yaw and roll angle of the bogie, vertical displacement, and pitch angle become large. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(1): 95–105, 2000     

新型磁控电抗器特性谐波研究

为了提高谐波抑制效果,提出了一种具有圆台型磁阀结构的磁控电抗器。根据电路等效的思想对提出的新型磁阀结构磁控电抗器进行了理论分析,推导了相应的磁化曲线,通过傅里叶变换建立了其输出谐波的数学模型,理论计算结果表明新型磁阀结构磁控电抗器的谐波特性优于传统磁控电抗器,并建立Matlab模型进行实例仿真,进一步讨论了该新型磁控电抗器的结构参数θ对其输出电流、各次谐波含量和响应时间的影响。     

磁控电抗器在750kV系统中的应用

对磁控电抗器的原理、特性进行了分析,提出了超高压磁控电抗器的单元接线方式.对西北750kV系统应用磁控电抗器的调压和操作过电压限制进行了数值分析和计算.