模塊化慣性儲能電源的基礎(chǔ)研究.pdf

1、脈沖發(fā)電機(jī)集慣性儲能和能量變化為一體，具有較高的能量密度，是很有潛力的脈沖電源。隨著電磁發(fā)射能量的提高，所需脈沖電源的儲能和功率也在增加，這就要求脈沖發(fā)電機(jī)具有較大的尺寸和轉(zhuǎn)速。然而大型電機(jī)設(shè)計制造困難，可靠性難以保證。將多個電機(jī)模塊級聯(lián)式工作，組成模塊化慣性儲能電源，既能滿足高能量電磁發(fā)射，又能降低單體電機(jī)制造難度，而且脈沖電流波形調(diào)節(jié)靈活。當(dāng)然電源模塊化也會帶來新的問題，諸如如何進(jìn)行合理的參數(shù)匹配，確定模塊數(shù)量；模塊串并聯(lián)時，如何進(jìn)

2、行同步控制。為此本文主要就模塊化慣性儲能電源的匹配設(shè)計方法、同步控制等關(guān)鍵問題進(jìn)行研究。
　　本文首先從電路角度分析了脈沖發(fā)電機(jī)的自激勵磁過程和補(bǔ)償原理，根據(jù)同步發(fā)電機(jī)原理得到了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上建立了模塊化慣性儲能電源的Simulink仿真模型，模型中用到的電感參數(shù)通過電機(jī)二維有限元電磁場模型得到。電機(jī)運(yùn)行機(jī)理分析和仿真模型的建立，為后文研究提供了基礎(chǔ)。
　　進(jìn)行了模塊化電源匹配方法研究，通過對匹配目標(biāo)和約束條件的

3、分析，進(jìn)而確定匹配原則，電機(jī)模塊個數(shù)是電源可行性與電源性能之間的折中；模塊化電源模塊設(shè)計方法研究中，通過保持模塊轉(zhuǎn)子線速度恒定，使得電源系統(tǒng)的能量密度、內(nèi)阻不隨模塊個數(shù)改變而改變。在此研究基礎(chǔ)上，基于電熱化學(xué)炮負(fù)載，給出一個匹配設(shè)計過程實例，驗證了模塊化電源的優(yōu)越性。
　　進(jìn)行了同步控制研究，首先對串并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過選用合理的連接方式，避免了模塊間環(huán)流，降低了模塊不同步對電源的影響，實現(xiàn)了被動同步控制。利用兩臺4.5MJ

4、電機(jī)模塊，分別研究串并聯(lián)連接時，不同步產(chǎn)生的原因及危害，其中，模塊轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、氣隙、電阻等參數(shù)不一致時，會影響同步?；诖颂岢鐾娇刂撇呗裕M(jìn)行主動同步控制，為以后同步控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　炮口動能32MJ的艦載電磁炮能滿足軍事需求，為驅(qū)動該電磁炮，在前述研究基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了由8臺儲能50MJ的脈沖發(fā)電機(jī)組成的模塊化電源，并基于脈沖發(fā)電機(jī)驅(qū)動軌道炮仿真模型，對其進(jìn)行了放電仿真，分析了不同控制策略對電流波形的影響，通過調(diào)節(jié)