电磁发射脉冲功率源系统放电过程特性分析

论文摘要

随着电磁发射技术不断发展,对于作为能源系统的脉冲功率源系统提出了更高的要求。电磁发射所需电流幅值高、上升时间短,需要多个脉冲功率源模块组成一个庞大的放电系统向发射器提供电能。这对脉冲功率源系统的放电性能提出了很高的要求。本文正是基于这种背景之下研究脉冲功率源系统的放电特性。本文的主要工作主要有以下几点：首先,介绍了电路分析一些基本理论,包括矩阵形式的基尔霍夫定律,动态电路初始状态的确定,分析复杂动态电路的有效方法——运算法以及网络矩阵的建立。其次,介绍了脉冲功率源模块的组成及各部分的特点。理论分析了大功率可控硅的静态、动态特性。建立了大功率可控硅的通态模型。在此基础上建立了单模块PFN的放电电路模型。分析单模块电路的放电过程,研究了模块过渡过程的放电特性。计算单模块电路的负载匹配条件及能量传输效率。再次,在单模块模型的基础上建立多模块脉冲功率源放电网络的模型,采用运算法计算多模块同时放电及时序放电的放电电流,并以3模块系统为例分析了模块在系统中放电的放电特性,得出了模块在系统中放电与模块单独放电的差异。最后,通过实验分析了脉冲功率源系统中相邻模块电抗器之间的耦合以及耦合对系统放电的影响。研究过热大功率半导体器件的对脉冲功率源系统放电的影响。研究了时序对脉冲功率源系统硅堆及电流叠加效果的影响,分析了变负载对脉冲功率源系统放电特性的影响。从缩短过渡过程的角度提出了模块参数优化方向。通过本文研究,对脉冲功率源系统的放电特性有了比较深入的了解,对于优化脉冲功率源系统设计,提高系统性能具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 电磁发射技术概述
• 1.2.1 电磁发射技术
• 1.2.2 电磁发射技术的发展现状
• 1.2.3 电磁发射的关键技术
• 1.3 脉冲功率技术概述
• 1.3.1 脉冲功率技术
• 1.3.2 脉冲功率系统的组成
• 1.3.3 脉冲功率技术的发展方向
• 1.3.3.1 储能方式研究
• 1.3.3.2 大功率开关器件的研究
• 1.3.3.3 脉冲形成网络的研究
• 1.4 动态电路分析方法
• 1.5 论文的主要研究内容
• 2 电路分析的基本理论
• 2.1 基尔霍夫定律
• 2.2 动态电路方程及其初始条件
• 2.3 拉普拉斯变换
• 2.4 拉氏反变换
• 2.5 节点电压法
• 2.6 本章小结
• 3 单模块电路放电分析
• 3.1 脉冲形成网络
• 3.1.1 脉冲电容器组
• 3.1.2 脉冲成形电抗器
• 3.1.3 大功率开关
• 3.1.3.1 主放电开关
• 3.1.3.2 大功率续流硅堆
• 3.2 晶闸管模型
• 3.2.1 晶闸管的基本特性
• 3.2.1.1 静态特性
• 3.2.1.2 动态特性
• 3.2.2 晶闸管的瞬态模型
• 3.3 单模块脉冲形成网络仿真与分析
• 3.3.1 R-L-C串联电路的数学分析
• 3.3.2 换路过程的数学分析
• 3.3.3 R-L电路的数学分析
• 3.4 三电极开关放电电路分析
• 3.4.1 三电极开关
• 3.4.2 三电极开关脉冲成形回路分析
• 3.5 能量传输分析
• 3.5.1 最大功率传输
• 3.5.2 能量传输效率
• 3.6 本章小结
• 4 多模块时序放电仿真与分析
• 4.1 多模块同步放电仿真与分析
• 4.2 多模块时序放电仿真与分析
• 4.2.1 无换路模块脉冲功率源系统放电电流计算
• 4.2.2 有换路模块脉冲功率源系统放电电流计算
• 4.3 算例
• 4.4 放电特性分析
• 4.5 本章小结
• 5 脉冲功率源系统优化分析
• 5.1 相邻模块电抗器耦合分析
• 5.2 过热大功率半导体器件对过渡过程的影响
• 5.3 放电时序对脉冲功率源系统的影响
• 5.3.1 放电时序对续流硅堆的影响
• 5.3.1.1 二极管的反向恢复过程
• 5.3.1.2 硅堆失效分析
• 5.3.2 放电时序对电流叠加效果的影响
• 5.4 变负载特性分析
• 5.5 电路参数优化分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结
• 6.1 论文的主要研究结果
• 6.2 后续工作展望和本文工作的不足
• 致谢
• 参考文献