基于超导脉冲变压器的脉冲电源剩余能量回收方法

针对基于高温超导脉冲变压器的电感储能脉冲电源,提出一种提前主动回收剩余能量的方法。该方法通过利用一个桥式电容转换电路吸收放电初始阶段的漏感能量,而在负载电流脉宽达到要求后,利用回收的漏感能量使二次侧电感电压极性改变,进而快速切断负载电流,并将剩余能量转移至一次侧电感中。仿真和实验结果表明:该方法可以快速切断负载电流和回收剩余能量,而且负载电流的切断时刻可控。实验结果和仿真结果反映的规律与理论分析基本一致,表明了该方法的有效性。

基于超导脉冲变压器的电磁发射脉冲电源技术研究进展

基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源技术是电感储能脉冲电源技术的一个新的发展方向,与传统电感储能脉冲电源技术相比,具有模块数少的优势.回顾了国内外基于超导脉冲变压器的脉冲电源技术发展现状,对基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源技术模式进行了归类总结,并论述了各种脉冲电源模式的技术特点.

基于超导脉冲变压器的连续脉冲电源模块化研究

为了探索连续电磁发射用电感储能连续脉冲电源,首先对基于单模块高温超导脉冲变压器的连续脉冲电源电路及其实验验证结果进行了分析,然后在单模块的基础上设计了多模块的电路拓扑和多模块超导脉冲变压器线圈模型,最后利用多模块脉冲电源的设计参数,进行了连续脉冲成形仿真。通过构建3组环形结构,每组12个模块的高温超导脉冲变压器,在0.1Hz的固定工作频率下,系统总储能5.7MJ,负载电流脉冲峰值可达640k A,放电结束后原边电感回收的剩余能量占总储能的44.4%。仿真结果证明了脉冲电源模块化方案的可行性,在放电结束后的系统剩余能量能够有效回收利用,不过断路开关电压仍然较大,需要较多的断路开关串联使用。

基于超导脉冲变压器的两级XRAM电路实验

将高温超导脉冲变压器和XRAM电路相结合,理论上可以降低电感充电功率的要求并可以获得高幅值的电流脉冲。基于两个小型高温超导脉冲变压器模块搭建了XRAM结构的连续脉冲电源电路实验平台,并分别在常温和液氮温度下对电路进行了验证性实验。在5 Hz的固定工作频率下,液氮温度下测得的实验波形与仿真波形基本一致,且需要的初级充电功率为1.35 kW,远小于常温下34.2 kW的功率需求。实验结果证明了基于高温超导脉冲变压器的XRAM电路是可行的,且相对于传统电感储能,超导电感储能在降低对初级充电电源的电压和功率要求方面具有非常大的优势。

用于脉冲电源的高温超导脉冲变压器模型及其参数影响分析

高温超导脉冲变压器用于能量存储以及电流脉冲放大,是电感储能型脉冲电源的重要设备。为了合理地设计高温超导脉冲变压器线圈的几何参数,满足脉冲功率系统体积小型化和储能密集化的发展趋势,本文选择了同轴饼式线圈叠加结构的脉冲变压器模型,利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell进行建模仿真,分析了几何参数对高温超导脉冲变压器原边超导线圈的临界电流密度、储能容量、线圈中超导带材的受力以及变压器耦合系数的影响。通过对仿真结果的综合分析,得出原边超导线圈的高厚比小于0.3时,小型高温超导脉冲变压器可以获得较高的性能,为脉冲功率技术的基础性实验验证研究提供了一定的理论基础。

两种基于超导脉冲变压器的脉冲电源研究

为探索电感储能的脉冲电源,介绍了两种利用超导脉冲变压器储能和脉冲放大的脉冲电源模式,分别分析了两种脉冲电源的工作原理,以同一个实验用小型超导脉冲变压器的实际参数为依据,对两种脉冲电源模式进行了仿真计算,并分别分析了不同限压等级条件下的脉冲输出特性及效率特性。结果显示,两种电源模式都对超导脉冲变压器的原边有较好的限压,不过,利用电容限压的模式的综合性能要好于利用非线性电阻限压的模式。

用于超导脉冲变压器的双饼线圈交流损耗优化

基于二维轴对称H方程法对用于高温超导脉冲变压器的YBCO双饼线圈进行了有限元建模与仿真,研究了分磁环参数和开槽数对YBCO双饼线圈传输原边电流时的磁场特性和交流损耗的影响。仿真结果表明,分磁环能够显著减弱双饼线圈的径向磁场,降低其交流损耗。对分磁环开槽后,径向磁场主要分布在开槽处。当分磁环相对磁导率为100,与线圈间距为0.25 mm,厚度为1 mm,开槽数为3时,双饼线圈交流损耗降低了64.9%。

不同线圈结构高温超导脉冲变压器电磁性能分析

高温超导脉冲变压器是电感储能型脉冲功率电源的重要设备之一,在脉冲功率技术中有良好的发展前景。选择合理的线圈结构,能提升超导脉冲变压器的储能密度,降低脉冲功率电源的成本。设计了采用D型、跑道型线圈的单模块超导脉冲变压器,利用有限元仿真软件Ansys EM建立了三种结构超导变压器的模型,计算并分析了结构对脉冲变压器耦合系数和超导线圈储能密度的影响。仿真结果表明,当带材总量一定,圆环形线圈和D型线圈单模块超导脉冲变压器的储能容量和耦合系数较高,跑道型线圈较低;考虑线圈中心空气域,D型线圈变压器的超导线圈储能密度最大。

高温超导混合脉冲变压器的研制与放电测试研究

为了利用脉冲变压器模式有效提升输出电流,介绍了一种在常规脉冲变压器基础上引入超导技术混合应用的方法。通过理论分析和参数计算,研制出了由3个超导双饼绕组和2个单饼式铜绕组组成的实验用高温超导混合脉冲变压器。对研制好的混合变压器进行脉冲放电测试,实验结果表明:在初始电容器充电610V的条件下,变压器副边实现2.6kA的大电流脉冲输出,电流变比达到1:30。测试结果与设计期望值相符,具有一定的可行性,对同类脉冲变压器研究提供了重要的参考依据。

基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源建模与仿真

本文采用模块化建模方法,建立脉冲电源驱动导轨型电磁发射的数学模型,利用动态负载取代固定负载,分析加力与非加力两种动态负载、固定负载对放电特性的影响,研究多个高温超导脉冲功率变压器模块的并联放电特性,并探究多个模块驱动的轨道式电磁发射特性。仿真结果表明,当负载电阻和电感分别固定在1. 2 mΩ和1μH时,相比于动态负载,固定负载副边电流的脉冲峰值误差为13. 11%,使用动态模型能更精确地研究脉冲电源的放电特性。

电感储能连续脉冲电源电路及参数分析

小型化、轻量化和重频化是当前脉冲电源的主要发展趋势。高温超导电感储能型脉冲电源具有储能密度高、损耗小和对充电功率要求低等优点而受到研究人员的关注。其中,基于高温超导脉冲变压器储能和脉冲压缩的脉冲电源模式是重要的发展方向之一。为此针对脉冲电源的重频化发展趋势,提出了一种基于高温超导脉冲变压器的连续脉冲电源电路,理论分析了该脉冲电源电路的工作过程和主要性能影响因素,构建了3 kJ的高温超导脉冲变压器线圈仿真模型,对主要性能影响因素的理论分析方法进行了仿真验证。由仿真和理论计算结果可以看出,电流放大倍数随着副边电感的增大而减小,不过,断路开关的最大电压和最大电容储能比例也都随之降低。最后,利用小型高温超导脉冲变压器搭建了连续脉冲电源的实验电路,实现了连续电流脉冲的输出。仿真和实验结果证明了这种连续脉冲电源电路的可行性。

电感储能连续脉冲电源驱动电磁发射系统仿真

为探索连续电磁轨道发射用超导电感储能脉冲电源,建立基于单模块高温超导脉冲变压器的连续脉冲电源电路,对脉冲电源电路驱动电磁发射系统的不同放电阶段进行数学建模,仿真分析电路参数对电磁发射特性的影响,最后实验验证脉冲电源的可行性。仿真中基于储能27.72 kJ的单模块的高温超导脉冲变压器,当耦合系数为0.95,转换电容为400μF,副边电感为9.2μH,抛体质量为21.61 g时,得到510 m/s的发射速度,原边电感在放电结束后可回收剩余能量6 kJ。结果表明基于高温超导脉冲变压器的连续脉冲电源用于电磁发射系统是可行的,并有利于系统能量利用效率的提高和连续电磁发射的实现。

电容参数对超导储能重复频率脉冲电源性能影响

介绍了单级超导电感储能重复频率脉冲电源电路,对放电过程及转换电路中电容器的作用进行了分析,建立了单级脉冲电源的基础试验平台和电路仿真模型,利用仿真分析了不同电容参数对脉冲电源性能的影响。仿真波形与实际试验波形具有较好的一致性,能够很好地反映超导电感储能重复频率脉冲电源的输出性能,证明了电路仿真模型是可行的。仿真结果表明:电容参数对电容电压和最大电容储能比例影响较大,对输出脉冲峰值和负载的实际能量利用效率影响相对较小,选择较大的电容参数,可以降低电容电压,从而降低脉冲电源对断路开关的耐压要求,但是同样会降低输出脉冲峰值和增大最大电容储能比例。在未来大功率系统中,应在满足断路开关耐压的条件下,选择较小的电容参数。

超导电感储能连续脉冲电源工作模式改进研究

为适应连续电磁发射要求,提高连续脉冲电源放电的可控性与灵活性,通过引入放电指令等待阶段,对超导电感储能连续脉冲电源工作模式进行改进。该放电指令等待阶段包含充电和续流两个交替状态,首先对改进后的工作模式进行原理分析,再通过仿真对比分析放电指令等待阶段两种状态下放电的工作过程,最后通过实验验证了续流等待状态下放电的可行性。结果表明,脉冲电源电路能在放电指令等待阶段中等待和响应放电指令,实现放电时刻的可控和灵活切换。

基于ICCOS的超导储能脉冲电源实验研究

将ICCOS技术与脉冲变压器电路相结合,理论上能够提升脉冲电源断开开关的换流能力。基于小型高温超导脉冲变压器,搭建了具有ICCOS技术的超导电感储能连续脉冲电源的实验电路平台,根据电路工作原理选择实验电路平台的元器件及其对应参数,并分别在10 Hz和5 Hz的工作频率下对电路进行了验证性实验。液氮温度下测得的实验波形表明,通过ICCOS模块中电容器电压的奇偶周期变化,实验电路可以产生连续脉冲并且能够关断主开关的晶闸管。实验结果证明了基于ICCOS技术的超导电感储能连续脉冲电源电路的可行性。

基于超导脉冲电源重复脉冲的快速求解法

针对高温超导脉冲变压器电感储能型重复脉冲电源这一复杂系统的性能分析,提出了一种理论推导加数值计算的电路系统快速求解方法。采用拉氏变换对脉冲电源系统进行分时段数值求解,得到脉冲电源系统各支路电流和电压。并通过Matlab编程计算得出结果,与仿真结果相比较,验证了该方法的准确性。研究了脉冲电源主要参数对系统指标的影响,使用快速算法可具体分析脉冲电源系统设计阶段的参数指标选取问题,解决了仿真软件无法对脉冲电源系统参数进行灵活设置,及参数改变时无法自动给出相关波形和趋势图的问题。

基于改进ICCOS的放电电流可关断脉冲源研究

针对超导脉冲变压器的剩余能量回收电路中断路开关两端存在的高压威胁,提出了一种基于改进ICCOS逆流回路的放电电流可关断结构,分析了该电路的工作过程,研究了改进ICCOS逆流回路对断路开关的电压抑制能力,讨论了逆流电容变化对系统关键参数的影响。仿真结果表明:改进的ICCOS逆流回路有效抑制了断路开关的高电压,提高了负载电流脉冲的峰值,系统具有较高的能量传输效率。当逆流回路的电容数值选取合适时,能够实现电容预充电压的自恢复充电。