基于多特征融合的脉冲功率电源软故障诊断方法研究

脉冲功率电源作为电热发射、电磁发射等技术的核心器件,其稳定性对整个发射系统的性能起着决定性作用。针对脉冲功率电源软故障,提出一种融合多特征的BP神经网络故障诊断方法。通过建立脉冲功率电源仿真模型,获取放电电流故障数据样本;对故障样本进行时域分析和小波分析,提取时域参数及特定频带能量,以此构建融合了多种特征的特征向量;利用遗传算法对BP神经网络的初始权重和阈值进行优化,实现对脉冲功率电源故障模式的准确识别。实验结果与其他故障诊断方法进行对比,证实了本方法的有效性。

脉冲功率电源空间环境适应性研究及验证

脉冲功率电源已广泛应用于科研、医疗、工业等众多领域,但在航天空间领域仍缺少应用先例。针对脉冲功率电源未经历过上天应用,其空间环境适应性缺乏验证问题,以影响脉冲功率电源关键指标却又未经历过上天验证的高压电容器、调波电感、晶闸管等核心器件为研究重点,开展了核心器件的高真空、强辐射、温度交变等主要空间环境的地面模拟试验。试验结果表明脉冲功率电源具有良好的空间环境适应性,为以后的脉冲功率电源的空间应用打下了坚实基础,填补脉冲功率电源空间应用的空白。

无电抗器电容储能型脉冲功率电源

电容储能型脉冲功率电源是目前特种直线电机系统主要选用的电源类型。现阶段脉冲功率电源小型化、轻量化的研究均着重于提升各器件的自身性能,短期内难以实现储能密度的大幅提升。该文针对感性负载开展无电抗器电容储能型脉冲功率电源研究,进一步提高电源的小型化、轻量化指标,推导和研究晶闸管导通时延抖动所带来的影响,分析该型电源安全运行的触发方式与匹配负载,并通过试验进行对比和验证。结果表明:无电抗器电容储能型脉冲功率电源可提升储能密度,具备小型化和轻量化的潜力;同步触发是实现无电抗器电容储能型电源系统可靠运行的条件,需要重点关注该型电源工作的抖动性;通过理论和实验,分析和验证了抖动对该型电源所带来的影响,具有指导意义。

某型脉冲功率电源轻小型化研究

脉冲功率电源是一种将低功率能量存储并转换为高压大功率输出的电源,广泛应用于多个领域。其工作在高压大电流脉冲工况下,输出电流上升速率极快,在产生强大电磁场的同时,也对其内部电气连接、通流组件等提出了很高要求。长期以来,受限于材料和工艺,脉冲功率电源的体积和质量都比较大。某型脉冲功率电源对体积和质量较为敏感,基于此点,在现有技术基础上,对其进行了轻小型化研究,实现了在相同技术指标下,体积与质量均降低超过20%。

一种电容式调压脉冲功率电源设计和工作分析

为了设计研制一种电容式调压脉冲功率电源并分析其工作特性,采用双向晶闸管调压、升压整流和限流的充电方式,以及先粗调后细调的策略向电压给定单边逼近以实现快速高精度充电。分析了3种感性负载的放电脉冲工作形式:弦波脉冲电流配合电容反充能量回馈,可用于重复频率要求较高的场合;续流波电流的有效脉宽较宽,可用于要求放电高频分量相对较小的场合;交流衰减波电流可用于永磁体的退磁等应用中。放电电流峰值由负载电感和电阻值共同决定,减小电感能大幅度提高输出功率,但受放电晶闸管的指标di/dt的制约电感有最小值。电容反充电压能量回馈是提高脉冲功率电源效率和增加电源重复频率最有效的手段。给出了评价和使用该类电源技术指标的计算方法,除了最高工作电压、最大储能之外,可根据负载给出最大输出功率、输出峰值电流、最大电压重复频率等技术指标,并可在给出的曲线上选取匹配的工作参数。

脉冲功率电源辐射电磁场测量与分析

对采用三电极气体间隙放电开关的脉冲功率电源和采用可控硅开关的脉冲功率电源进行了辐射电磁场测量与分析。所研究的脉冲功率电源的脉冲持续时间为ms量级,电流峰值为几十到几百kA。使用多组微分式磁场探头和高采样率、高存储深度的数字示波器进行了磁场测量;通过探头校对实验,对探头系数进行了校验。通过对微分测量结果的校正与积分运算,得到了磁场的时域波形。分析了低频段按照探头系数的计算方法和积分处理方法的关系,总结了时域波形重构的一些方法。得到了两种电源的电磁场特性:三电极气体间隙放电开关产生的磁场频谱范围可达10 MHz,而可控硅开关产生的磁场在1 MHz以内;其辐射电场微弱。

脉冲功率电源电容器保护的试验研究

本文分析了采用爆炸丝方式进行脉冲功率电源电容器保护时存在的问题 ,对电容器组中单台电容器的保护要求和措施进行了较详细的讨论 ,提出了采用电感、电阻和快速限流熔断器进行电容器保护的方案 。

脉冲功率电源模块时序放电控制系统设计

设计了一套用于控制30个脉冲功率电源模块按时序进行放电的控制系统。该控制系统使用高速数字信号处理器作为主要控制芯片,采用高速光电转换器件及光纤作为触发信号传输系统,利用脉冲隔离变压器作为电源开关触发系统的主要隔离元件,在硬件方面实现了时序放电触发信号的高精度传输和高压隔离。同时,该控制系统使用优化的软件算法对数字信号处理器进行软件编程,实现了放电时序计算的优化控制,而且利用简易的计算机语言对上位机软件进行编写,实现对放电时序进行精确的设置,从而保证了时序放电的精确度。将该控制系统用于实际的30路脉冲功率电源放电装置的实验中,得到了良好的放电电流实验波形。根据时序触发波形及放电波形进行分析,该时序放电控制系统每路电源放电时间最小间隔可达到20μs,电流波形反映的触发时刻与放电时序设置时刻的延时误差分布在10~15μs,整个控制系统的性能符合设计的要求。

脉冲功率电源中浪涌电流与电压的分析及抑制

针对功率脉冲电路放电过程中存在的电流和电压冲击问题,建立了电路的分布参数模型和二极管的PSPICE模型。分析了放电过程中的浪涌电流和电压的产生的机理,采用PSPICE软件对电路放电的瞬态过程进行了仿真,提出了抑制浪涌电流和电压冲击的方法。仿真结果表明:适当增加二极管回路的阻尼电阻,可以降低或消除浪涌电流;在二极管两端并上适当的电阻,可以降低浪涌电压。

两型PFN脉冲功率电源放电特性研究

为对两种类型的多模块电容型脉冲功率电源放电特性进行研究,分析了放电过程中各主要功率器件的电气特性及电源对负载的放电效率,并针对I型PFN模块放电过程中反向电压不能释放的缺点,为脉冲功率电源设计了反向电压释放通道。仿真结果表明:二极管和晶闸管等器件的性能受电路拓扑及时序的共同影响,I型PFN对负载的放电效率比II型PFN更高,通过反向电压释放通道可将放电过程中产生的反向电压有效回收,以进一步提高放电效率。

脉冲功率电源辐射电磁场屏蔽测量与分析

脉冲功率电源会产生很强的辐射电磁干扰,特别是在电源电抗器附近场强很大,其产生的电磁场会直接影响电源附近测控设备以及工作人员的安全。为了有效控制电源电抗器附近干扰水平,对其电磁场进行了屏蔽试验,同时在理论分析和数值计算的基础上,结合试验数据进行了分析研究。首先设计了板式屏蔽结构,屏蔽板采用双层板结构,材料分别为硬铝和冷轧钢;用有限元方法分别计算了单层和双层板的屏蔽效果,兼顾其对原有电路参数的影响,获得了屏蔽板的结构与材料参数;然后,试验测量了屏蔽效果,并与仿真结果进行了对比分析。结果表明,高电导率材料起主要屏蔽作用,而采用的低电导率材料主要起到结构支撑作用,即铝制板对屏蔽效果的贡献最大;仿真和试验结果均表明,屏蔽后磁场峰值衰减1个数量级,因此提出的屏蔽方案能够有效抑制电源电抗器前干扰水平。

残余电压对连发型脉冲功率电源的影响

为了研究残余电压对连发型脉冲功率电源的影响,分析了混合储能型脉冲功率电源的充放电过程及残余电压的来源及其对连续充放电过程的影响,并进行了仿真。仿真结果表明:混合储能型脉冲功率电源可以合理利用残余电压,从而缩短脉冲功率电源的充放电时间,有利于提高电磁发射装置的连发频率,通过能量回收还有利于提高发射效率。

“大容量脉冲功率电源关键技术”专辑特邀主编寄语

现代脉冲功率技术通过既定时间储能并将能量在极短时间释放到特定负载上,以期获得极高的峰值功率。现代脉冲功率技术在国防和工业领域均有非常广泛应用,包括但不囿于脉冲激光光源、电磁发射、加速器、废气废水处理、材料表面改性、生物改良和医用治疗等。

正弦激励下的脉冲功率电源的研究

分析了正弦激励下的RLC电路作为脉冲功率电源的可能性．

基于LC全桥串联谐振的脉冲功率电源设计

设计了一种基于LC全桥串联谐振的高压脉冲功率电源,并在高压电容器上获得了纳秒级百千伏的高压脉冲输出。电源采用两级升压结构得到纳秒级高压脉冲,详细分析了脉冲电源前级串联谐振变换器电流断续模式(DCM)下工作过程,得出变换器谐振参数设计方法,并对系统后级高压脉冲形成回路进行了设计。在理论分析基础上研制了一台脉冲功率电源,对电源进行Pspice软件仿真和实验测试,结果表明,在电容负载上,此电源可获得峰值135 kV,前沿42 ns的脉冲电压。

电磁发射用脉冲功率电源放电建模分析

为高效研究电磁发射用脉冲功率电源放电性能,为电磁发射提供技术支持,降低研发成本,电磁发射过程的相关建模与仿真工作需要重点研究。对弹丸在轨道中实际运动物理过程建立数学模型,对脉冲功率电源建立电路模型,采用联合两种模型的方法对脉冲功率电源放电系统进行研究,提出一种基于发射过程多物理现象的脉冲功率电源放电系统仿真模型。通过实验验证了提出方法的有效性,为后续脉冲功率电源放电研究提供了依据。

强脉冲功率电源热管理技术研究

强脉冲功率电源工作于电-磁-热-力多物理场耦合的复杂环境,重复频率输出脉冲电流时引发的器件热失效已成为电源的主要故障,同时热效应引发的器件温升会导致电源的重复输出精度下降。针对该问题,提出了一种强脉冲功率电源热管理技术,并介绍了热管理系统的组成与设计方法。重点研究了电源重复频率运行时脉冲开关组件、脉冲电感等高功率器件的热累积计算方法,根据应用需求设计了一套每分钟连续输出10次的脉冲电源热管理系统,满足电源可靠运行与电源输出精度的需求。

脉冲功率电源放电效果评价体系研究

为了对脉冲功率电源放电性能进行横向对比,以便有效提高脉冲功率电源放电性能,对脉冲功率电源放电评价体系进行研究,提出了基于SMART准则开展的脉冲功率电源放电评价体系设计。首先,从电磁发射应用需求出发,利用层次分析法分析影响脉冲功率电源放电的关键要素,建立了全面反映脉冲功率放电特性的综合评价指标体系;然后,采用德尔菲法建立放电统一标准的指标权重;最后,通过对每项指标设定评价判据,拟合得到每项指标的评分函数,从而形成能够用于不同电磁发射工况下的横向对比的脉冲功率电源放电评价体系。实验算例结果表明:该评价体系能够反映脉冲功率电源放电优化的发展水平;横向对比不同发射工况下的优劣,可以找到该工况下的薄弱环节,为脉冲功率电源在电磁发射应用下的优化提供参考。

脉冲功率电源触发电路研究

研究了脉冲功率电源中触发开关的触发导通特性。通过设计触发电路进行试验,研究了不同的触发电路对触发导通时间的影响,针对隔离触发电路提出了增加续流电路的方法。对比不同触发电路的触发性能,试验表明,电容直接放电续流触发电路性能良好,可使TVS的触发导通时间减小至1μs,且离散性小。

关于脉冲功率电源的介绍

在全球化的发展环境下,各国为了提高自身的综合竞争力,均十分关注科学技术的应用。脉冲功率技术作为重要的技术之一,该技术的发展始于20世纪60年代,在多个领域均有着较为广泛的应用,其中在国防领域扮演着重要的角色。文章主要研究了脉冲功率电源的概况,并分析了其发展的技术阻碍,为了实现其快速的发展,要对其中存在的问题进行有效处理,在此基础上,脉冲功率技术的发展才能够更加稳定,同时,我国的国防竞争力也将不断增强。