高效高功率密度電源技術(shù)的研究.pdf

1、高壓電源作為一種特種電源應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，如高功率微波系統(tǒng)、主動拒止系統(tǒng)、電子束焊機(jī)、X光機(jī)、高能物理研究、受控核聚變等。隨著一些應(yīng)用領(lǐng)域的研究成果走出實(shí)驗(yàn)室以及系統(tǒng)小型化的發(fā)展趨勢,對配套的高壓電源系統(tǒng)的要求不再局限于輸出性能，還包括供電側(cè)性能、電能效率、電磁兼容、可靠性和體積等。針對當(dāng)前高壓電源在滿足上述需求時存在的不足，本文在對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀充分調(diào)研的基礎(chǔ)上圍繞高壓充電電源和高壓直流電源的供電側(cè)電能質(zhì)量、整機(jī)效率和功率密度等方面開展

2、了研究，論文的主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面:
　　本文首先對電容器充電電源進(jìn)行了研究。對充電電源同時滿足恒功率輸入和恒流輸出的目標(biāo)進(jìn)行了分析，并結(jié)合串聯(lián)諧振電路在諧振電流前半周時間內(nèi)吸收能量且在后半周返回多余能量的特性，提出了帶有輔助儲能環(huán)節(jié)的充電電源電路拓?fù)浜拖鄳?yīng)的控制策略，對這種拓?fù)浜涂刂撇呗赃M(jìn)行了分析并推導(dǎo)了相應(yīng)的控制參數(shù);進(jìn)行了電路仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電源在恒流充電期間輸入功率基本穩(wěn)定且為傳統(tǒng)恒流電源輸入峰值功率

3、的一半左右，不僅可避免高重頻運(yùn)行時導(dǎo)致的電網(wǎng)電壓嚴(yán)重畸變，還降低了高功率微波系統(tǒng)中發(fā)配電環(huán)節(jié)的功率容量，有利于實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的高效率和高功率密度。另外還對這種拓?fù)鋺?yīng)用在不間斷供電系統(tǒng)中的可行性進(jìn)行了初步探索。
　　本文后續(xù)章節(jié)圍繞AC-link路線中相關(guān)問題進(jìn)行了研究。其中第三章節(jié)對基于AC-link電源輸入電流的控制進(jìn)行了研究，首先對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的輸入電流畸變現(xiàn)象進(jìn)行了分類、分析了畸變的原因，并給出了根據(jù)電流畸變趨勢對控制策略和算法

4、進(jìn)行修正的解決辦法。其次還研究了輸入電流的移相功能，在對輸入電流控制原理分析的基礎(chǔ)上，采用了在原有控制方案基礎(chǔ)上進(jìn)行修正的方法，以補(bǔ)償輸入濾波器引起的相移，提高電源低功率輸出時的功率因數(shù)。以上對輸入電流畸變的校正方法和輸入電流的移相控制方法可作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)和補(bǔ)充。第四章對基于AC-link和串聯(lián)諧振斷續(xù)模式的高壓電源進(jìn)行了研究。采用狀態(tài)圖法對電流脈沖特性進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了控制參數(shù)理論解，并根據(jù)單脈沖平均電流隨電網(wǎng)相位和輸出電壓的關(guān)系

5、，明確了線性調(diào)頻前饋方案的理論依據(jù)，并構(gòu)建了包含有前饋和反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng);進(jìn)行了電路仿真和原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與驅(qū)動速調(diào)管實(shí)驗(yàn)。將斷續(xù)電流模式應(yīng)用到基于AC-link路線電源中作為一種過渡方案，用以實(shí)現(xiàn)高壓直流電源的高輸入性能（高功率因數(shù)和低電流諧波）和高效率。
　　后兩章節(jié)對基于AC-link和串聯(lián)諧振連續(xù)電流模式的高壓電源進(jìn)行了研究，以在高輸入性能和高效率基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高電源的體功率密度水平。首先對采用頻率和移相聯(lián)合控制的過諧振模

6、式和欠諧振模式的工作原理進(jìn)行了說明;根據(jù)能量守恒約束條件、輸入功率因數(shù)校正目標(biāo)、穩(wěn)定振蕩條件和輸出電流目標(biāo)條件等對包含有3個相關(guān)時間控制量的工作過程進(jìn)行了推導(dǎo)，并給出了控制參數(shù)的求解過程;分析了2種連續(xù)電流模式的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn);根據(jù)工作過程和安全、可靠換流原則給出了半電流脈沖內(nèi)進(jìn)行3次切換的換流方法;在對串聯(lián)諧振電路特性分析的基礎(chǔ)上給出了閉環(huán)控制方法;對采用欠諧振模式、輸出功率為100kW和輸出電壓為50kV的高壓電源進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，