基于脈沖變壓器的脈沖電源設計

王凱寧 柳娜

摘要：本文充分論述分析了一種傳統(tǒng)的超導電阻電感用于儲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電感之間的相互關(guān)系，以及脈沖電流電壓轉(zhuǎn)換限制時間與超導電感儲能端點的電壓轉(zhuǎn)換限制的相互關(guān)系。然后，本文對目前傳統(tǒng)的基于超導體的儲電節(jié)能穩(wěn)壓脈沖直流變壓器的多電路模塊儲能脈沖穩(wěn)壓電源控制模式技術(shù)進行了深入分析，并通過對單模塊電路進行并聯(lián)得到雙模塊、三模塊以及八模塊電路，對可控硅的耦合系數(shù)選擇，觸發(fā)時間，以及多模塊電路的延遲時間的控制等方面進行一系列的仿真分析，并對其進行數(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間變長，驗證多模塊脈沖電源的設計也是可行的。

關(guān)鍵詞：脈沖功率技術(shù);多模塊電路;超導脈沖儲能變壓器

1.總體設計方案及其方法

本文先充分論述分析了一種傳統(tǒng)的超導電感用于儲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電感之間的相互關(guān)系，以及脈沖電流電壓轉(zhuǎn)換限制時間與超導電感儲能端點的電壓轉(zhuǎn)換限制的相互關(guān)系。然后，本文對目前傳統(tǒng)的基于超導儲能變壓器的多電路模塊儲能脈沖穩(wěn)壓電源控制模式技術(shù)進行了深入分析，并通過Simplore仿真軟件對單模塊電路進行并聯(lián)得到雙模塊、三模塊以及八模塊電路，對可控硅的耦合系數(shù)選擇，觸發(fā)時間，以及多模塊電路的延遲時間的控制等方面進行一系列的仿真分析，并對其進行數(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間變長，驗證多模塊脈沖電源的設計也是可行的。

2.對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。因為存在于超導電感中的電流在放電時不可以發(fā)生突變，所以電流將在很短的時間內(nèi)流入電阻Rr。超導電感終端電壓的最大值可近似為線性電阻Rr與超導電感初始儲能電流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，對電路中的器件起到過電壓保護的作用。而在過電壓結(jié)束之后，就可以使電路恢復正常工作。

3.多模塊脈沖電源設計

在進行脈沖直流電源電路設計時，使每一級的電流參數(shù)都相同。選擇超導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)設定為0.9，使用2mω的超導電阻負載代替副邊負載，三個超導電容器的的耦合參數(shù)均為50μf，選擇初始時間為2ms的控制開關(guān)時間，之后依次遞減0.6ms，選擇12v的電壓源電壓，使電感的儲能電流為500A。

控制開關(guān)的觸發(fā)時間選擇分為兩組，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?？煽毓璧挠|發(fā)時間分為兩組，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，電流的峰值也會越來越大，其電流的波形也會變得復雜。而多模塊電路的控制時間與可控硅的觸發(fā)時間的選擇根據(jù)多次仿真實驗可知第二組時間選擇最為合理，分別選擇3.2s與3.8s左右可以達到理想狀態(tài)。

4.結(jié)論

本文對基于新型脈沖整流變壓器的單一多模塊一個脈沖整流電源的設計電路及其設計驗證系統(tǒng)性能和實驗結(jié)果分析進行了設計分析，并將單一模塊脈沖電路元件進行連接并聯(lián)后構(gòu)成多模塊的一個脈沖電源，對多一個模塊中的脈沖電源進行系統(tǒng)設計進行了電路設計與測試仿真實驗研究。仿真測試結(jié)果充分證明了該電源脈沖器的電源電流模式設計是可行的。而全新設計的八模塊式脈沖電源也可以充分滿足各種實驗科學研究的各種要求。通過增大耦合系數(shù)，改變超導電感的儲能電流，最后達到方波的峰值持續(xù)7-8s較為理想的結(jié)果。

參考文獻

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