高温超导空心脉冲变压器的设计及其放电研究

论文摘要

随着现代工业的发展,各个领域对变压器的要求越来越高,现代变压器不仅要满足电、磁、力、热以及高效率等技术要求外,还要满足小型化、轻量化,实用化的要求。常规变压器由于其固有的缺陷,在很多领域难以满足需要,人们对变压器前沿技术的探讨就显得更为重要。研究和发展新型超导变压器,从而提高变压器的性能,具有很大的理论研究意义和实际应用价值。脉冲变压器在现实科技中的应用越来越普遍,特别是在高新、尖端技术领域的应用日益受到重视。在超导磁体储能功率脉冲系统中所需励磁电流很大,往往不能直接获得,通常需要经过脉冲变压器进行升流。经脉冲变压器升流可以获得较大的脉冲输出,从而减小了整个装置的体积和减轻了开断开关的负担。本文在理论分析和仿真计算的基础上先研制了一台常导脉冲变压器,将其应用在超导储能脉冲功率系统中进行实验,验证了超导磁体储能功率脉冲经脉冲变压器升流对负载放电模式的可行性,在此基础上进行高温超导脉冲变压器的研制。首先,由于脉冲变压器自身存在漏感和分布电容等寄生参数,在脉冲作用过程中变压器电路将产生复杂的振荡过程,这种振荡会严重影响变压器输出的脉冲波形,文中先通过仿真软件对系统调制电路进行调试,分析了系统电路中主要参数对输出脉冲的影响。其次,结合具体应用对象,给出了高温超导脉冲变压器的技术要求、电磁参数计算和结构设计。最后,对研制好的超导空心脉冲变压器进行实验研究,实验主要包括两个方面：一方面是将超导脉冲变压器应用于超导磁体储能功率脉冲电源中,用来提升功率脉冲电源的输出；另一方面是用电容器储能经脉冲变压器升流对负载放电,对超导脉冲变压器绕组进行冲击实验,来验证变压器超导绕组在短脉冲冲击下的载流能力。理论分析和实验研究表明,本文所设计的超导空心脉冲变压器具有良好的实用性和可扩展性,对提升大功率脉冲电源装置的性能具有较强的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 超导技术与高温超导变压器的简介
• 1.3 脉冲变压器的研究现状
• 1.3.1 常导脉冲变压器的发展现状
• 1.3.2 超导脉冲变压器的发展现状
• 1.4 研究的内容和章节安排
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2.章节安排
• 第2章 超导脉冲变压器调制电路的分析与仿真
• 2.1 超导脉冲变压器等效模型的建立
• 2.2 放电模式可行性研究
• 2.3 系统电路各参数对输出脉冲的影响
• 2.3.1 脉冲变压器调制电路的Pspice模拟
• 2.3.2 原边阻抗对输出脉冲的影响
• 2.3.3 负载阻抗对输出脉冲的影响
• 2.3.4 耦合系数对输出脉冲的影响
• 2.4 多级超导磁体并联储能放电调制系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 材料的选取和低温焊接技术
• 3.1 超导带料
• 3.1.1 超导的基本特性
• 3.1.2 超导体的临界参数
• 3.1.3 超导线材的发展趋势
• 3.2 其他部分材料的选用
• 3.2.1 高温超导电流引线
• 3.2.2 DW-3高性能低温结构胶
• 3.3 低温焊接技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 高温超导空心脉冲变压器的工程设计
• 4.1 超导脉冲变压器电磁参数的确定
• 4.1.1 超导脉冲变压器的技术要求
• 4.1.2 初、次级电感的取值及初、次级匝数的确定
• 4.1.3 高温超导脉冲变压器骨架结构设计
• 4.2 高温超导脉冲变压器的有限元仿真与计算
• 4.2.1 仿真模型的建立
• 4.2.2 仿真波形
• 4.2.3 脉冲变压器电磁参数的仿真计算
• 4.3 超导空心脉冲变压器的制作
• 4.4 本章小结
• 第5章 高温超导脉冲变压器的实验研究
• 5.1 高温超导脉冲变压器参数测量
• 5.2 实验研究
• 5.2.1 超导储能经脉冲变压器升流对负载放电实验
• 5.2.2 超导脉冲变压器的冲击实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 科研成果