用于水中灭藻纳秒级高压脉冲电源的研究

论文摘要

近年来水污染日益严重,随着脉冲功率电源技术的迅速发展,污水处理和灭藻也成为它新的应用方向,这就对脉冲电源的提出了新的要求,更加快速的上升沿,特定的脉冲峰值,特定的脉冲能量,以及紧凑的结构设计,在这样的背景下,本文展开了对新型结构的纳秒级脉冲电源的研究。首先说明了灭藻用脉冲电源的设计思路,提出了一种Marx发生器和磁开关相结合的拓扑结构。利用Marx发生器产生百纳秒级的初级脉冲,再利用磁开关的功能对初级脉冲整形,实现纳秒级高压脉冲。改进传统Marx发生器的充电结构,并对充电回路建模,分析充电过程,总结出不同充电系统的影响。对放电过程进行计算,建立带有负载的放电回路模型,分析不同负载对Marx发生器性能的影响。研究了磁开关的工作特性,就脉冲陡化和脉冲压缩两种不同应用,分析由其构成的脉冲整形电路,总结饱和过程对脉冲上升沿的影响。根据计算结果确定电路参数,用PSPICE对Marx发生器的充电和放电过程仿真,分析各元件参数对脉冲上升沿、充电效率、脉冲峰值等的影响。利用PSPICE编辑器件的功能来建立磁开关的模型,仿真分析磁开关的整形效果。在此基础上对脉冲电源的进行单次脉冲和重复频率脉冲的仿真分析。最后对晶闸管的同步驱动电路进行设计,采用ATmega8作为控制器进行硬件和软件设计,并阐述了与激光实验室联合实验时,毛细管放电的实验结果。本文在上升时间短、紧凑化结构的脉冲电源应用和需求日益增长的形势下,开展一种新结构脉冲电源的设计工作。用仿真分析的方式证明了这种结构的可行性,为纳秒级脉冲电源的研究工作作出部分贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 脉冲功率技术的应用
• 1.3 Marx发生器的综述
• 1.3.1 国外Marx发生器的研究和发展状况
• 1.3.2 国内Marx发生器的研究和发展状况
• 1.4 磁开关的综述
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 脉冲电源工作原理
• 2.1 设计思路
• 2.2 不可控整流电路
• 2.3 Marx发生器的工作原理
• 2.3.1 Marx发生器充电回路分析
• 2.3.2 充电电源对Marx发生器的影响
• 2.3.3 Marx发生器的放电过程分析
• 2.4 电感隔离Marx发生器
• 2.5 磁开关工作原理
• 2.6 磁脉冲压缩电路的分析
• 2.7 脉冲陡化电路的分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 Marx发生器的仿真研究
• 3.1 电阻隔离Marx发生器的仿真研究
• 3.1.1 Marx发生器的充电过程仿真研究
• 3.1.2 Marx发生器的放电过程仿真研究
• 3.1.3 负载对Marx发生器输出脉冲的影响
• 3.2 电感隔离Marx发生器的仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 磁开关的模型和主电路的仿真
• 4.1 磁开关的仿真研究
• 4.1.1 磁开关的建模
• 4.2 磁开关应用电路的仿真
• 4.2.1 磁脉冲陡化电路的仿真分析
• 4.2.2 脉冲压缩电路的仿真分析
• 4.3 脉冲电源的仿真
• 4.3.1 脉冲电源的参数设计
• 4.3.2 脉冲电源的主电路结构
• 4.3.3 脉冲电源的输出特性
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统设计和实验
• 5.1 脉冲电源控制系统设计
• 5.2 晶闸管同步驱动电路的设计
• 5.3 联合实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢