高溫超導磁儲能脈沖功率電源系統(tǒng)設計.pdf

1、脈沖功率技術是一門多學科交叉的新興技術學科，在國防、工業(yè)以及民用領域應用廣泛。但是，目前制約其發(fā)展的主要因素是裝置的儲能密度過低、缺乏合適的高功率開關以及輸出頻率過低。超導脈沖功率技術是利用超導電感儲能高密度無損儲能的優(yōu)勢，達到脈沖功率裝置小型化、實用化和集成化的要求。但是作為電感儲能脈沖功率電源，仍然需要改進放電模式、斷路開關及保護電路來提高系統(tǒng)性能。本論文以電磁推進用脈沖功率電源為設計目標，針對傳統(tǒng)放電模式的弊端，提出了兩種超導磁儲

2、能脈沖放電電路，設計了超導儲能脈沖變壓器，對系統(tǒng)進行了相關脈沖放電實驗。
　　論文首先理論分析了電容儲能和超導儲能推動電磁推進負載的效果，發(fā)現(xiàn)兩種儲能模式下直接帶動軌道型推進裝置的理論可行性及能量損耗與電路的關系。利用儲能脈沖變壓器升流模式可以克服電感直接推動負載的低效率、模塊眾多以及與負載不匹配的問題。然后，分析了低溫超導儲能脈沖變壓器型放電模式的放電機理，并引入了高溫超導儲能脈沖變壓器型放電電源。針對其斷路開關過電壓的問題，采

3、用中間轉換電路提高電源的性能，仿真研究了電阻性電阻轉換電路和電容性轉換電路對斷路開關過電壓保護、脈沖輸出波形以及能量傳遞效率的影響。
　　然后，提出了超導電感電容混合儲能脈沖功率放電模式，并將其作為軌道型電磁推進負載的電源，這種放電模式下電感和電容共用一個初始電源，在提高儲能容量的基礎上進一步限制了斷路開關電壓峰值，并且引入了能量回收機制，理論和仿真結果表明，混合儲能脈沖放電模式將超導電感儲能和電容儲能有效結合在一起，達到了高速率

4、和低斷路開關峰值電壓的目的。為了驗證混合儲能脈沖放電模式的可行性，設計了小型超導儲能脈沖變壓器，并比較了兩種連接方式下的性能，實驗結果有力的證明了新型放電模式的可行性及設計原則。最后，為了減輕多模塊超導脈沖變壓器并聯(lián)運行的設計復雜度，結合低溫IGBT和ZnO壓敏電阻技術，提出了全低溫多模塊超導儲能變壓器型脈沖功率電源，并就器件的低溫電氣特性以及失超保護電路進行了實驗和理論分析。接著在理論分析的基礎上設計了全低溫耦合雙模塊超導儲能變壓器型