基于超導(dǎo)儲能脈沖變壓器的脈沖電源模式研究與系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、脈沖功率技術(shù)是一門以現(xiàn)代科學(xué)研究和國防軍事研究為基礎(chǔ)發(fā)展起來的多學(xué)科交叉融合的新興技術(shù)學(xué)科。目前影響其大規(guī)模實際應(yīng)用的主要因素是脈沖功率電源的體積和工作頻率，因此脈沖功率技術(shù)研究的核心問題是能量的高密度存儲技術(shù)和高功率的快速釋放技術(shù)。超導(dǎo)脈沖功率技術(shù)是超導(dǎo)技術(shù)和脈沖功率技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新技術(shù)。其中，利用超導(dǎo)電感儲能不僅可以實現(xiàn)能量的高密度存儲和高功率的快速釋放，而且還具有儲能時間長，無損耗，體積小，重量輕，對輸入級功率要求低等優(yōu)勢

2、，這對脈沖功率電源在輕量化、小型化和實用化等未來發(fā)展要求的實現(xiàn)方面都具有重要的研究意義。不過作為電感器件，它同樣具有傳統(tǒng)電感器件在儲能放電中存在高電壓的缺陷。本論文以電磁推進(jìn)應(yīng)用的脈沖電源為設(shè)計目標(biāo)，結(jié)合目前出現(xiàn)的利用超導(dǎo)儲能的脈沖電源模式，提出了利用單諧振電路放電的模式，研制了接近實用要求的高溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器，進(jìn)行了脈沖放電實驗，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了多模塊集成化脈沖電源系統(tǒng)設(shè)計，并對其驅(qū)動電磁推進(jìn)的可行性進(jìn)行了仿真分析。
　　論

3、文首先理論分析和實驗研究了現(xiàn)有超導(dǎo)電感儲能和放電的模式，發(fā)現(xiàn)了理想放電情況下電阻性轉(zhuǎn)換電路的能量損耗與電路電感的關(guān)系，以及電流的轉(zhuǎn)換時間與超導(dǎo)電感端壓限制的關(guān)系。利用脈沖變壓器提升電流的模式可以有效的獲得高電流脈沖峰值，減少并聯(lián)模塊數(shù)量，但這種模式存在能量傳輸效率低的問題。然后，論文對傳統(tǒng)的基于低溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器的脈沖電源模式進(jìn)行了分析，引入并探討了利用電容轉(zhuǎn)換meat-grinder電路模式的可行性，在上述分析的基礎(chǔ)上，提出了單諧

4、振電路的放電模式。通過仿真分析和比較得出，單諧振電路的放電模式除了具有儲能回路可全部超導(dǎo)化的同時，既保持了較高的能量傳輸效率，又限制了斷路開關(guān)的電壓，為電磁推進(jìn)用脈沖電源的小型化提供了新的技術(shù)途徑。為了驗證單諧振電路放電模式的可行性，研制了接近實用的小型高溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器，在液氮浸泡條件下進(jìn)行了電氣特性測試和脈沖放電實驗，得到了峰值超過4kA的電流脈沖，有力地證明了單諧振電路放電模式和高溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是可行的。最后，

5、以研制的實驗用高溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器為單元模型，進(jìn)行了多模塊集成化脈沖電源系統(tǒng)設(shè)計。利用電磁場有限元方法分析和比較了多模塊的軸線平行結(jié)構(gòu)排列方法和環(huán)形結(jié)構(gòu)排列方法，發(fā)現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)的排列方法更有利于多模塊超導(dǎo)儲能脈沖變壓器的脈沖電源系統(tǒng)，而且隨著模塊數(shù)增加，其仿真的靜態(tài)電磁性能還將隨著提升。結(jié)合單諧振電路和Marx發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計了八模塊集成化的脈沖電源電路，對電流脈沖成形的過程進(jìn)行了瞬態(tài)仿真，結(jié)果表明，八模塊的脈沖電源系統(tǒng)可以實現(xiàn)峰值