高温超导脉冲功率应用基础研究

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大功率脉冲技术作为高新、尖端技术日益受到重视,在新概念武器及未来高速运载工具方面,具有极大的发展潜力。在脉冲功率技术中,储能磁体、脉冲变压器、乃至脉冲成形回路中的开关、各类电感、线圈、传输线等,均是超导技术潜在的应用目标。本文基于Bi-2223/Ag高温超导材料制成的高温超导磁体,对高温超导大功率脉冲延时线的可行性,高温超导磁体脉冲输出回路进行了基础性研究。延时线是传输线的一个重要应用,其功能在于将输入信号延时一段给定的时间而具有最小的信号畸变。论文首先阐述了传输线的基础理论,在此基础上,初步提出了3种高温超导脉冲延时线方案:超导同轴电缆方案,电感增强型电缆方案和人工线方案,经过对比分析并结合实际情况,最后确定了人工线的方案,利用Matlab平台建立仿真模型。在仿真结论的基础上,在实验室进行了部分验证实验,最后和Matlab仿真结果进行了对比分析,得出比较有意义的结论。接着探讨了高温超导磁体脉冲输出回路。针对高温超导磁体直接释放能量形成的波形难以满足实际需要,同时如果控制磁体放电的开关动作时间比较长,则波前时间就会受到开关切断电流时间的影响,论文提出了一种基于脉冲变压器的脉冲输出方案:引入脉冲变压器作为降压升流的手段,同时采用半导体开关IGBT来控制磁体放电。超导磁体直接放电输出的波形不仅与负载有关,也与本身的连接方式(串连,并联)有关,为此引申出单个超导电感脉冲输出方案和2个超导电感脉冲输出方案,利用Matlab建立仿真模型,得出结论。最后在仿真分析的基础上,利用Protel工具设计了基于51单片机的IGBT高速开关的控制系统,并在实验室对2种方案进行了试验验证,获得了较好的负载脉冲波形。通过这些工作,明确了高温超导磁储能脉冲功率技术的关键性问题,为进一步研究将高温超导应用于脉冲功率技术奠定了基础。获得的研究结果对高温超导电力技术也具有重要的基础意义。
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