脉冲发电机型电源系统及其输出电流纹波抑制方案研究

论文摘要

在现代科学研究中,脉冲强磁场技术受到世界发达国家的广泛重视,许多前沿科学研究的突破都是在脉冲强磁场条件下进行的。脉冲强磁场实验装置主要由脉冲电源、脉冲磁体和科学实验站构成。脉冲电源系统是脉冲强磁场实验装置的重要组成部分。通常,脉冲强磁场电源应具有大功率、高能量、波形可控的特点。本文主要研究了脉冲发电机型电源系统的设计以及该系统对磁体负载供电时减小磁体电流纹波系数的方法。综合考虑整流系统输出纹波控制及系统实现的难易程度,整流系统选用十二脉波整流器。对整流变压器、整流器晶闸管、平衡电抗器、磁体负载等具体的设备进行了理论计算,并进行结合实际选定了具体的参数;重点研究了整流器的反馈控制系统,该控制系统具有实时性与精确性的双重特点,可以有效控制整流系统以达到减小磁体电流纹波的目的。为了得到稳定度更高且纹波系数更小的平顶长脉冲强磁场波形,以满足一些科学实验对磁场平顶波形纹波含有率的要求,本文在控制整流系统的基础上研究了滤波系统的设计方案。通过对现有滤波方案的分析,分别研究了直流侧无源滤波器与有源滤波器减小磁体电流纹波的效果,探讨了两种滤波方式的优缺点,并对它们减小脉冲强磁场中的电流纹波的方式进行了理论分析。通过Matlab仿真软件对整流系统和滤波系统进行了建模和仿真。仿真结果显示,本文给出的整流系统及其控制方法可以满足场强为50.7T、平顶脉宽为100ms、电流纹波系数小于1%的脉冲平顶磁场的供电要求;给出的滤波系统可以将单线圈磁体电流的纹波系数减小到100ppm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 平顶长脉冲强磁场
• 1.3 脉冲强磁场脉冲发电机型电源系统
• 1.4 脉冲发电机
• 1.5 脉冲整流系统
• 1.6 十二脉波整流器的控制策略
• 1.7 直流侧纹波的抑制
• 1.8 本文研究的主要内容
• 2 脉冲整流系统
• 2.1 十二脉波整流系统
• 2.2 整流变压器
• 2.3 晶闸管的选择
• 2.4 平衡电抗器
• 2.5 十二脉波整流器控制方法
• 3 脉冲整流系统建模与仿真
• 3.1 脉冲发电机组建模
• 3.2 磁体模型的建立
• 3.3 十二脉冲触发器
• 3.4 十二脉波整流主电路
• 3.5 整流系统给单线圈供电的Matlab 仿真
• 3.6 整流系统给双线圈供电的Matlab 仿真
• 4 直流侧纹波的抑制
• 4.1 无源滤波器
• 4.2 并联型有源滤波器
• 4.3 直流侧并联型有源滤波器
• 4.4 本文的直流侧滤波控制方法
• 5 滤波系统的建模和仿真
• 5.1 滤波系统主电路
• 5.2 无源滤波时整流器的控制系统
• 5.3 无源滤波器的设计
• 6 全文工作总结及未来展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献