模塊化慣性儲能電源的基礎研究.pdf

1、脈沖發(fā)電機集慣性儲能和能量變化為一體，具有較高的能量密度，是很有潛力的脈沖電源。隨著電磁發(fā)射能量的提高，所需脈沖電源的儲能和功率也在增加，這就要求脈沖發(fā)電機具有較大的尺寸和轉速。然而大型電機設計制造困難，可靠性難以保證。將多個電機模塊級聯(lián)式工作，組成模塊化慣性儲能電源，既能滿足高能量電磁發(fā)射，又能降低單體電機制造難度，而且脈沖電流波形調節(jié)靈活。當然電源模塊化也會帶來新的問題，諸如如何進行合理的參數匹配，確定模塊數量；模塊串并聯(lián)時，如何進

2、行同步控制。為此本文主要就模塊化慣性儲能電源的匹配設計方法、同步控制等關鍵問題進行研究。
　　本文首先從電路角度分析了脈沖發(fā)電機的自激勵磁過程和補償原理，根據同步發(fā)電機原理得到了電機的數學模型，在此基礎上建立了模塊化慣性儲能電源的Simulink仿真模型，模型中用到的電感參數通過電機二維有限元電磁場模型得到。電機運行機理分析和仿真模型的建立，為后文研究提供了基礎。
　　進行了模塊化電源匹配方法研究，通過對匹配目標和約束條件的

3、分析，進而確定匹配原則，電機模塊個數是電源可行性與電源性能之間的折中；模塊化電源模塊設計方法研究中，通過保持模塊轉子線速度恒定，使得電源系統(tǒng)的能量密度、內阻不隨模塊個數改變而改變。在此研究基礎上，基于電熱化學炮負載，給出一個匹配設計過程實例，驗證了模塊化電源的優(yōu)越性。
　　進行了同步控制研究，首先對串并聯(lián)拓撲結構進行分析，通過選用合理的連接方式，避免了模塊間環(huán)流，降低了模塊不同步對電源的影響，實現(xiàn)了被動同步控制。利用兩臺4.5MJ

4、電機模塊，分別研究串并聯(lián)連接時，不同步產生的原因及危害，其中，模塊轉速、轉角、氣隙、電阻等參數不一致時，會影響同步?；诖颂岢鐾娇刂撇呗裕M行主動同步控制，為以后同步控制系統(tǒng)的設計奠定基礎。
　　炮口動能32MJ的艦載電磁炮能滿足軍事需求，為驅動該電磁炮，在前述研究基礎上，本文設計了由8臺儲能50MJ的脈沖發(fā)電機組成的模塊化電源，并基于脈沖發(fā)電機驅動軌道炮仿真模型，對其進行了放電仿真，分析了不同控制策略對電流波形的影響，通過調節(jié)