基于晶闸管换向的电容器双向充电系统关键技术研究

论文摘要

脉冲强磁场技术已经在生命科学、化学、凝聚态物理等领域得到广泛应用,因此研究产生脉冲强磁场的脉冲强磁场实验装置非常重要。脉冲强磁场实验装置由脉冲电源、磁体、控制系统和科学实验站组成,脉冲电源特别是电容器组电源作为脉冲强磁场实验装置的重要组成部分,其技术指标关系到整个实验装置的可靠运行。某些科学实验需要正、反向脉冲磁场,因此研究正、反向脉冲磁场装置非常重要,本文的研究内容是正、反向脉冲磁场装置的电源系统以及电容器的充电技术。目前现有的脉冲强磁场实验装置产生正、反向脉冲磁场,是利用机械极性开关在电容器放电时改变放电回路的电流方向,分析现有实验装置的不足之处。本文提出基于晶闸管整流的双向电容器充电技术和基于晶闸管换向的双向电容器充电技术两种技术方案,对这两种电源系统的电路拓扑结构和运行原理进行分析比较,得出基于晶闸管换向的双向电容器充电的技术方案更符合正、反向脉冲磁场装置对于电源系统的要求。详细分析基于晶闸管换向的电容器双向充电的技术方案,对现有的高频串联谐振电容器充电技术进行总结分析,由于电路中存在分布参数,电路结构等效为串并联谐振电路,重点研究串并联谐振电路的工作过程和串并联谐振电路中分布参数对谐振参数、开关频率选取的影响,提出基于晶闸管换向的回路无需机械极性开关,该技术方案具备充电电流恒定、换向速度快等优点,最后通过仿真对该方案中的各种电气参数的选取做重点研究,并为实际电路的参数选择提供参考。本文对该充电方案的做样机研究,介绍实验样机的研究过程,采用TMS320F2812作为系统的微处理器,实现充电电源的数字控制,设计主电路的谐振电气参数以及开关管的各种辅助电路,选择合适的开关频率和谐振参数实现软开关恒流充电,降低电路的电磁干扰,实现电容器的线性充电,并实现故障保护,拟采用该试验系统实现晶闸管换向的电容器双向充电的硬件研究,并对下一步开展的工作进行展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 双向脉冲强磁场电源系统的研究背景
• 1.2 脉冲强磁场的研究现状及发展
• 1.3 双向脉冲磁场的电源系统研究现状
• 1.4 电容器充电技术研究现状
• 1.5 选题来源和本文的主要研究内容
• 2. 双向脉冲磁场装置的系统方案
• 2.1 现有双向磁场系统分析
• 2.2 双向充电方式的双向磁场系统研究
• 2.3 三种正、反向电压方案比较
• 2.4 结论
• 3. 基于晶闸管换向的双向充电系统研究
• 3.1 引言
• 3.2 拓扑结构研究
• 3.3 控制方法研究
• 3.4 仿真研究
• 3.5 结论
• 4. 实验研究
• 4.1 系统主电路
• 4.2 主电路参数设计
• 4.3 高频高压变压器
• 4.4 控制系统
• 4.5 实验与结果分析
• 4.6 下一步工作展望
• 5. 全文总结
• 致谢
• 参考文献