基于软开关技术电磁发射机拓扑的研究

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随着能源短缺等问题的日益突出,人们逐渐将能源解决的方向投向海洋。海底地球物理探测仪器是探测海洋矿产资源的重要手段,而电磁发射机是海洋可控源电磁探测系统的核心部分。为获得深部探测有效的海底地球物理数据,要求发射机具有大电流、高精度稳定输出的同时具有质量轻体积小的特点。移相全桥ZVZCS变换器能够减小功率损耗,正逐渐发展为中大功率DC-DC变换器的主流。针对大功率电磁发射机主功率拓扑的研究,对我国海底地球物理探测具有重大意义。  本文依据大功率电磁发射机的技术指标设计出发射机的拓扑结构,对该拓扑进行了理论分析、计算机仿真,并研究了大功率电磁发射机功率系统建模方法、并联均流技术,解决了大功率电磁发射机供电技术的难题。  首先,本文对开关电源的常用拓扑和整流拓扑进行了理论分析和对比,针对工程项目的要求,选用全桥式变换器拓扑电路结构,并将全波整流电路作为整流电路。同时,对常用的三种移相全桥软开关变换器进行了对比分析,确定了滞后臂串联二极管的移相全桥ZVZCS变换器作为主功率拓扑。之后,介绍了常用的均流方法。  其次,根据本文所设计的电磁发射机,分析了变换器拓扑一个周期内各个工作的模态及软开关实现的条件。针对工程项目需求,对大功率电磁发射机进行了关键参数的设计与选型,并采用UC3907均流控制器设计了均流控制电路。利用Saber软件进行计算机仿真建模,通过仿真分析,验证了电磁发射机功率拓扑设计的正确性。  然后,将发射机等效为全桥变换器,建立了考虑变压器漏感的全桥变换器模型。提出了将能量守恒平均法和等效受控源法相结合,对考虑导通损耗和变压器漏感的全桥变换器进行建模分析,通过仿真表明了此种建模方法的必要性。对所建模型采用了双闭环控制系统,仿真验证了设计结果的正确性。  最后,选用TMS320F2812作为主控芯片,进行了控制电路的软硬件设计,以及信号采样电路和IGBT驱动与保护电路的设计,完成了工程样机的研制和实验验证。
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