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。     

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。     

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.     

用于电热化学发射实验的脉冲电源系统

目前用于中小口径电热化学发射实验研究的脉冲电源系统,基于电客储能原理,包括4个容量为500kJ可程序控制的电源模块,可为电热电磁发射研究提供灵活可靠的电源供应.每个500kJ电源模块都包括30kV电容器组,触发真空开关,高压快速硅堆以及调波电感器,并通过同轴电缆向负载输出脉冲电能.整个2MJ系统可以提供峰值50～300kA,脉宽0.5～3ms的脉冲电流.在此脉冲电源系统的基础上已经进行了大量实验,取得了一定的研究成果.     

多模块脉冲变压器并联驱动电磁推进系统仿真

为了探索多模块脉冲变压器并联的脉冲功率源用于电磁推进系统的可行性,建立了多模块脉冲变压器并联电路及其驱动电磁推进系统的数学模型,仿真分析了多模块脉冲变压器并联输出特性、多模块并联下电磁推进系统的推进特性,以及放电时脉冲变压器过电压的限制措施等.脉冲变压器模块数为20,储能100kJ,理想情况下仿真得到的抛体发射速度达到...     

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.     

利用霍尔传感器研究脉冲功率源模块的磁场特性

以电磁发射技术用脉冲功率源模块为研究对象,根据模块内各部件磁场的特点,采用霍尔效应法对其放电过程产生的脉冲磁场进行了测试,获得了脉冲电源模块内部3个测试点在不同放电电压下的磁场数据,对数据进行了处理.通过数据对比分析可知,模块中磁感应强度最强的区域位于电抗器端面外侧;可控硅开关装置外测处磁场是多个磁场叠加的结果,磁场和电流不呈线性关系;测控系统处的磁场最为复杂,该处磁场变化大且与模块放电电流波形的差异最大;磁场随距离的增加衰减较快.     

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。     

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。     

级联电源时序控制方法

电池组级联(BPCSs)电源的脉冲电容器电压是电磁推进的关键指标,重频模式下电池组多次为脉冲电容器充电后容量衰减,脉冲电容器电压在规定时间内达不到电压设定值,电磁推进的一致性将无法保证.基于BPCSs电源理论模型,提出一种时序动态调整算法,通过调整电池组串入回路的时刻来提高充电速度.实验结果表明:在电池组容量衰减40 ...     

基于高压可调恒流源的电磁阀冗余供电系统

为满足在特殊环境下电磁供电的高可靠、高精度要求,提出一种基于高压可调恒流源的电磁阀冗余供电系统.采用双路自动切换供电及可调恒流源的设计方法,减少了整个系统的发热量.采用双冗余的供电设计方法,在紧急断电的情况下,系统自动切换至UPS不间断电源,以保证系统恒流源变换模块的可靠供电.实验结果表明,该系统能够可靠地进行双路进线电源自动切换和高精度的电流输出.该系统所采用的模块化、低功耗、双冗余等设计可为长期工作使用的装备提供一定的借鉴.     

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。     

一种同轴型脉冲功率电缆的设计与试制

为满足电热化学炮系统工程化研究需求,开展了一种同轴型脉冲功率电缆设计与试制。根据发射试验获得脉冲电流、内部过电压等数据以及商业大功率电缆使用的经验,分析确定了脉冲功率电缆设计指标;基于同轴型商业大功率电缆开展了脉冲功率电缆结构设计,增加了屏蔽加强层和半导电层。屏蔽加强层能抑制外导体芯线错位产生的强电动力,防止电缆变形和爆裂,提高机械强度,改善电磁屏蔽效果;半导电层有助于消除气隙,平衡内部电场。使用有限元分析ANSYS软件对脉冲功率电缆进行了电磁场和热分析,协助开展了电气强度、机械强度和温升特性等辅助设计。针对脉冲功率电缆推广使用中出现的芯线端部拉长、断股与撕裂等现象,为内导体设计了钢芯以提高其抗拉强度。耐压试验与脉冲放电测试的验证结果表明,脉冲功率电缆在25 kV/5min电压作用下无损坏,在幅值203 kA、半峰值时间大于2 ms脉冲电流作用下无形变,满足系统研制要求。     

2SD315A在高压重复频率电源中的应用

针对电源高压大功率重复频率输出的需求,介绍一种适用于给重复频率Marx发生器充电用的高压重复频率电源的驱动电路2SD315A的研究与应用。作为大功率IGBT（1200 V/600 A）的驱动模块,2SD315A工作频率高,驱动电流大,具有完善的短路、过流保护和电源监控功能。根据其工作原理及特点,结合电源系统结构,在实验的基础上,合理设计了驱动外围电路及相关参数,可在系统要求的频率20 kHz及相应较大脉宽范围内驱动单管或半桥的2个大功率IGBT,且有效及可靠实现IGBT短路过流保护等。实验证明,该驱动电路在大功率IGBT驱动器中具有较为理想的驱动及保护功能。     

HL-2A装置环向场电源系统及其控制

HL-2A环向场电源系统采用400kVA同轴励磁机作为80MVA发电机组励磁的交流电源,两组三相全控整流桥并联为机组励磁线圈供电(主励),另外一组完成励磁机本身的励磁(副励).发电机两个错30o Y形绕组接二极管整流柜为环向场线圈供电.发电机组经拖动电机加速到1488rpm处放电,由环向场计算机系统通过控制脉冲发电机组的励磁电流调整发电机的输出电压,实现对环向场脉冲电流波形的调节.     

基于SG1525的全桥变换器设计

脉宽调制芯片SG1525具有欠压锁定、故障关闭和软起动等功能，因而在中小功率电源和电机调速等方面应用较广泛。SG1525是电压型控制芯片，利用电压反馈的方法控制PWM信号的占空比，整个电路成为双极点系统的控制问题，简化了补偿网络的设计。使用SG1525组成了全桥变换器并对其进行了试验。当满载运行时，效率为81％；当轻载运行时，效率为66％。交流输人电压上下浮动10％，输出电压浮动0．8V，其负载调整率和电压调整率都很小。通过实践证明，电路性能稳定，工作可靠。