高溫超導(dǎo)磁儲能脈沖功率電源系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、脈沖功率技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的新興技術(shù)學(xué)科，在國防、工業(yè)以及民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，目前制約其發(fā)展的主要因素是裝置的儲能密度過低、缺乏合適的高功率開關(guān)以及輸出頻率過低。超導(dǎo)脈沖功率技術(shù)是利用超導(dǎo)電感儲能高密度無損儲能的優(yōu)勢，達(dá)到脈沖功率裝置小型化、實用化和集成化的要求。但是作為電感儲能脈沖功率電源，仍然需要改進(jìn)放電模式、斷路開關(guān)及保護(hù)電路來提高系統(tǒng)性能。本論文以電磁推進(jìn)用脈沖功率電源為設(shè)計目標(biāo)，針對傳統(tǒng)放電模式的弊端，提出了兩種超導(dǎo)磁儲

2、能脈沖放電電路，設(shè)計了超導(dǎo)儲能脈沖變壓器，對系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)脈沖放電實驗。
　　論文首先理論分析了電容儲能和超導(dǎo)儲能推動電磁推進(jìn)負(fù)載的效果，發(fā)現(xiàn)兩種儲能模式下直接帶動軌道型推進(jìn)裝置的理論可行性及能量損耗與電路的關(guān)系。利用儲能脈沖變壓器升流模式可以克服電感直接推動負(fù)載的低效率、模塊眾多以及與負(fù)載不匹配的問題。然后，分析了低溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器型放電模式的放電機(jī)理，并引入了高溫超導(dǎo)儲能脈沖變壓器型放電電源。針對其斷路開關(guān)過電壓的問題，采

3、用中間轉(zhuǎn)換電路提高電源的性能，仿真研究了電阻性電阻轉(zhuǎn)換電路和電容性轉(zhuǎn)換電路對斷路開關(guān)過電壓保護(hù)、脈沖輸出波形以及能量傳遞效率的影響。
　　然后，提出了超導(dǎo)電感電容混合儲能脈沖功率放電模式，并將其作為軌道型電磁推進(jìn)負(fù)載的電源，這種放電模式下電感和電容共用一個初始電源，在提高儲能容量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限制了斷路開關(guān)電壓峰值，并且引入了能量回收機(jī)制，理論和仿真結(jié)果表明，混合儲能脈沖放電模式將超導(dǎo)電感儲能和電容儲能有效結(jié)合在一起，達(dá)到了高速率

4、和低斷路開關(guān)峰值電壓的目的。為了驗證混合儲能脈沖放電模式的可行性，設(shè)計了小型超導(dǎo)儲能脈沖變壓器，并比較了兩種連接方式下的性能，實驗結(jié)果有力的證明了新型放電模式的可行性及設(shè)計原則。最后，為了減輕多模塊超導(dǎo)脈沖變壓器并聯(lián)運行的設(shè)計復(fù)雜度，結(jié)合低溫IGBT和ZnO壓敏電阻技術(shù)，提出了全低溫多模塊超導(dǎo)儲能變壓器型脈沖功率電源，并就器件的低溫電氣特性以及失超保護(hù)電路進(jìn)行了實驗和理論分析。接著在理論分析的基礎(chǔ)上設(shè)計了全低溫耦合雙模塊超導(dǎo)儲能變壓器型