超导储能重复频率脉冲电源模式及控制策略研究

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脉冲功率技术在国防、军事、民用工业等多个领域有着巨大的应用潜力。超导储能以其高储能密度、低损耗和充电功率要求低等特点,在实现脉冲功率电源装置的小型化、模块化和重复频率化等方面具有重要意义,逐渐成为当前脉冲电源研究领域的热点。其中,基于高温超导脉冲变压器的重复频率脉冲电源模式是当前重要的发展方向之一。本论文对当前高温超导储能脉冲电源放电模式展开研究,提出了一种基于高温超导储能脉冲变压器的重复频率脉冲电源放电模式,通过改进脉冲电源的控制策略,采用闭环控制模式实现脉冲电流输出,并搭建试验电路平台对提出的脉冲电源电路放电模式的可行性进行了试验验证。首先,论文对当前几种典型脉冲电源模式:基于多超导储能磁体串联充电并联放电模式、STRECH meat grinder电路模式及基于失超型超导脉冲变压器的脉冲电源放电模式,分别进行了理论分析与建模仿真研究。这几种模式各有特点,其中基于超导脉冲变压器的放电模式,集储能与脉冲成形于一体,在结构、重量上具有很大的优势。本文介绍了一种基于超导脉冲变压器的重复频率脉冲功率电源,采用电容转换电路有效地限制了断路开关动作瞬间两端产生的高电压,并在放电结束后对剩余能量进行回收,提高了系统整体的能量利用效率。但该脉冲电源由于采用固定操作频率脉冲放电模式,无法对放电时刻进行精确控制,具有一定的应用局限性。然后,基于脉冲电源灵活放电的考虑,本文对脉冲功率电源的控制方式进行了改进,通过采用闭环控制策略,实现对脉冲电源充放电时间的精确控制,提出了放电指令等待模式。最后,设计测试了小型高温超导脉冲变压器,并以此搭建了电路试验平台,对脉冲电源放电指令等待模式进行了初步试验测试,验证了这种重复频率脉冲电源脉冲放电模式的可行性。综上研究结果表明,本文提出的基于高温超导脉冲变压器的重复频率脉冲电源放电指令等待模式在连续电流脉冲的产生和放电灵活性等方面具有较大的优势,可为超导储能脉冲变压器型重复频率脉冲电源的发展提供一种可行的脉冲电源技术方案。
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