大电流源重复频率运行的关键技术研究

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脉冲功率技术的一个重要发展方向就是重频脉冲电源。开关作为脉冲功率技术中的关键器件,其性能的好坏直接影响并制约着脉冲功率技术的发展。与其他类型的开关相比,晶闸管具有耐压高、通流能力大、寿命长、体积小等特点而广泛应用于脉冲电流源中。晶闸管作为脉冲电流源的主要开关器件,在重复频率运行时一个关键问题就是热积累问题。因此对晶闸管温度特性的研究,有助于保护晶闸管。本文结合传热学基本理论,对电流源模块主要发热单元进行了热分析,并进行了实验验证。主要内容包括以下三个方面:  (1)为了保证晶闸管重复频率运行时能够可靠导通,设计了晶闸管强触发电路;  (2)根据热传导理论为基础,建立了晶闸管的传导-对流模型,并利用ComsolMultiphysics多物理场仿真软件进行热仿真研究,分析了晶闸管的整体暂态热特性;  (3)实验平台的搭建和测试,实验过程中对电流源模块主要发热器件进行了测量,绘制了主要器件的温升变化曲线,并将实验结果与仿真结果进行对比,验证了仿真计算的正确性。结果表明:在额定电压为3kV,以电缆这种大电阻作为负载时,主要的温升在电缆这种大负载上(占整个系统能量的80%),而晶闸管和续流硅堆在大电阻负载时所损耗的能量极低,所占的能量百分比分别为0.1%和0.3%,其他器件的能量损耗所占的比例高达11.6%;在铜排这种小电阻负载时,整个系统出现了较明显的温升,其中最主要的温升是在脉冲电抗器上(占整个系统能量的76%),此时晶闸管和续流硅堆上的能量损耗分别为4.9%和5.3%。由此得出如下结论:在电缆大负载、重复频率为1 Hz的情况下,系统能够正常工作。接着分析了两种不同类型的脉冲电抗器对大电流源模块重复频率实验的影响。最后对大电流源模块进行重复频率实验时提出了一些建议。
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