基于脈沖變壓器的脈沖電源設(shè)計(jì)

王凱寧 柳娜

摘要：本文充分論述分析了一種傳統(tǒng)的超導(dǎo)電阻電感用于儲(chǔ)能的直流脈沖短路電源，了解在沒有理想的充放電電壓情況下超導(dǎo)電阻性電壓轉(zhuǎn)換限制電路的脈沖能量電流損耗與脈沖電路超導(dǎo)電感之間的相互關(guān)系，以及脈沖電流電壓轉(zhuǎn)換限制時(shí)間與超導(dǎo)電感儲(chǔ)能端點(diǎn)的電壓轉(zhuǎn)換限制的相互關(guān)系。然后，本文對(duì)目前傳統(tǒng)的基于超導(dǎo)體的儲(chǔ)電節(jié)能穩(wěn)壓脈沖直流變壓器的多電路模塊儲(chǔ)能脈沖穩(wěn)壓電源控制模式技術(shù)進(jìn)行了深入分析，并通過對(duì)單模塊電路進(jìn)行并聯(lián)得到雙模塊、三模塊以及八模塊電路，對(duì)可控硅的耦合系數(shù)選擇，觸發(fā)時(shí)間，以及多模塊電路的延遲時(shí)間的控制等方面進(jìn)行一系列的仿真分析，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化。最終可知增加模塊的是能夠較快并且平穩(wěn)的輸出較大的電流，模塊數(shù)量的增加能夠讓輸出較大電流的時(shí)間變長(zhǎng)，驗(yàn)證多模塊脈沖電源的設(shè)計(jì)也是可行的。

關(guān)鍵詞：脈沖功率技術(shù);多模塊電路;超導(dǎo)脈沖儲(chǔ)能變壓器

1.總體設(shè)計(jì)方案及其方法

本文先充分論述分析了一種傳統(tǒng)的超導(dǎo)電感用于儲(chǔ)能的直流脈沖短路電源，了解在沒有理想的充放電電壓情況下超導(dǎo)電阻性電壓轉(zhuǎn)換限制電路的脈沖能量電流損耗與脈沖電路超導(dǎo)電感之間的相互關(guān)系，以及脈沖電流電壓轉(zhuǎn)換限制時(shí)間與超導(dǎo)電感儲(chǔ)能端點(diǎn)的電壓轉(zhuǎn)換限制的相互關(guān)系。然后，本文對(duì)目前傳統(tǒng)的基于超導(dǎo)儲(chǔ)能變壓器的多電路模塊儲(chǔ)能脈沖穩(wěn)壓電源控制模式技術(shù)進(jìn)行了深入分析，并通過Simplore仿真軟件對(duì)單模塊電路進(jìn)行并聯(lián)得到雙模塊、三模塊以及八模塊電路，對(duì)可控硅的耦合系數(shù)選擇，觸發(fā)時(shí)間，以及多模塊電路的延遲時(shí)間的控制等方面進(jìn)行一系列的仿真分析，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化。

最終可知增加模塊的是能夠較快并且平穩(wěn)的輸出較大的電流，模塊數(shù)量的增加能夠讓輸出較大電流的時(shí)間變長(zhǎng)，驗(yàn)證多模塊脈沖電源的設(shè)計(jì)也是可行的。

2.對(duì)限制電壓措施的仿真和分析

2.1線性轉(zhuǎn)換電路

轉(zhuǎn)換電路中的線性電阻的選擇要滿足Rr<<Rs，Rr>>R2。因?yàn)榇嬖谟诔瑢?dǎo)電感中的電流在放電時(shí)不可以發(fā)生突變，所以電流將在很短的時(shí)間內(nèi)流入電阻Rr。超導(dǎo)電感終端電壓的最大值可近似為線性電阻Rr與超導(dǎo)電感初始儲(chǔ)能電流I0的乘積。

2.2非線性轉(zhuǎn)換電路

利用陶瓷材料做的非線性電阻器在電阻轉(zhuǎn)換電路中可以隨著電壓的增加而變化的特性，從而可以使過電壓受到抑制，對(duì)電路中的器件起到過電壓保護(hù)的作用。而在過電壓結(jié)束之后，就可以使電路恢復(fù)正常工作。

3.多模塊脈沖電源設(shè)計(jì)

在進(jìn)行脈沖直流電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，使每一級(jí)的電流參數(shù)都相同。選擇超導(dǎo)超阻電感的耦合值分別為主邊l1=l7=l3=l8=l10=l12=l14=l16=6mh，而副邊超導(dǎo)電感為零的l2=l4=l6=l9=l11=l13=l15=l17=2μh，使其中的耦合功率系數(shù)設(shè)定為0.9，使用2mω的超導(dǎo)電阻負(fù)載代替副邊負(fù)載，三個(gè)超導(dǎo)電容器的的耦合參數(shù)均為50μf，選擇初始時(shí)間為2ms的控制開關(guān)時(shí)間，之后依次遞減0.6ms，選擇12v的電壓源電壓，使電感的儲(chǔ)能電流為500A。

控制開關(guān)的觸發(fā)時(shí)間選擇分為兩組，第一組為2ms-6.2ms，依次間隔0.6ms。第二組為2ms、2.6ms、3ms、3.4ms、3.8ms、4.1ms。可控硅的觸發(fā)時(shí)間分為兩組，第一組為2.72ms、3.32ms、4ms、4.2m。第二組為2.72ms、3.32ms、3.92ms、3.8ms、3.78ms。

根據(jù)仿真結(jié)果可知隨著模塊的增多，電流的峰值也會(huì)越來越大，其電流的波形也會(huì)變得復(fù)雜。而多模塊電路的控制時(shí)間與可控硅的觸發(fā)時(shí)間的選擇根據(jù)多次仿真實(shí)驗(yàn)可知第二組時(shí)間選擇最為合理，分別選擇3.2s與3.8s左右可以達(dá)到理想狀態(tài)。

4.結(jié)論

本文對(duì)基于新型脈沖整流變壓器的單一多模塊一個(gè)脈沖整流電源的設(shè)計(jì)電路及其設(shè)計(jì)驗(yàn)證系統(tǒng)性能和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，并將單一模塊脈沖電路元件進(jìn)行連接并聯(lián)后構(gòu)成多模塊的一個(gè)脈沖電源，對(duì)多一個(gè)模塊中的脈沖電源進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)與測(cè)試仿真實(shí)驗(yàn)研究。仿真測(cè)試結(jié)果充分證明了該電源脈沖器的電源電流模式設(shè)計(jì)是可行的。而全新設(shè)計(jì)的八模塊式脈沖電源也可以充分滿足各種實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究的各種要求。通過增大耦合系數(shù)，改變超導(dǎo)電感的儲(chǔ)能電流，最后達(dá)到方波的峰值持續(xù)7-8s較為理想的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

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