大功率電弧加熱器系統(tǒng)的仿真研究.pdf

1、電弧等離子體風(fēng)洞是一種能產(chǎn)生高溫、高壓的熱源設(shè)備，用于在地面模擬航天用再入式飛行器的氣動環(huán)境。電弧加熱器系統(tǒng)是電弧等離子體風(fēng)洞最重要的組成部分。隨著祖國航天事業(yè)的迅速發(fā)展，近年來對電弧等離子體風(fēng)洞，特別是其核心的電弧加熱器系統(tǒng)提出了更高的要求。
　　 電弧加熱器系統(tǒng)主要包括大功率電源系統(tǒng)，等離子電弧負(fù)載和等離子電弧加熱器。等離子電弧作為一種非線性負(fù)載，其特性非常復(fù)雜，不利于控制，因此，對大功率電源系統(tǒng)的控制性能提出了很高的要求。

2、作為一種高壓大功率設(shè)備，電弧加熱器系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)成本巨大，任何設(shè)計(jì)上的改動都可能需要付出較大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。為解決這些問題，本文在MATLAB仿真軟件中，對電弧加熱系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。首先，基于著名的電弧黑盒模型麥也爾電弧模型(Mayr arc model)和柯西電弧模型(Cassie arc model)，提出了一種改進(jìn)的等離子電弧模型，并用S-函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比，驗(yàn)證了該電弧模型的有效性。其次，在MATLAB/Si

3、mulink仿真環(huán)境中，搭建了由三種不同疊橋整流單元經(jīng)變壓器移相疊加組成的新型18脈/24脈/36脈疊橋相移整流電源模型。通過仿真，研究各電源拓?fù)涞男阅?、特點(diǎn)。最后，將疊橋相移組合電源模型與等離子電弧模型匹配，模擬大功率電弧加熱器系統(tǒng)的工作情況。通過對電弧加熱器系統(tǒng)模型的仿真研究，得到各拓?fù)淠Ｐ偷膬?yōu)勢與不足之處，以優(yōu)化實(shí)際電弧加熱器系統(tǒng)的搭建。
　　 此外，電弧加熱器系統(tǒng)作為電網(wǎng)的大功率非線性負(fù)載，會產(chǎn)生大量的諧波干擾，污染電網(wǎng)

4、。通過對電弧加熱器系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行傅里葉分析，能有助于從根本上改善電流諧波干擾問題。但是，對于本文研究的電弧加熱器電源系統(tǒng)拓?fù)?，即移相繞組在變壓器原邊，且疊橋整流單元為二極管整流橋與晶閘管整流橋混合的疊橋相移組合電源，其網(wǎng)側(cè)電流不具備奇偶對稱性。直接使用傅里葉分析的方法對網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行諧波分析，計(jì)算量非常大且復(fù)雜。本文基于P.P.Bringer公式采用了一種新的諧波分析方法，對疊橋相移組合電源網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行研究。通過理論分析與仿真結(jié)果的比較