基于超导储能电感的脉冲放电系统的研究

发布时间：2021-01-15 00:15

　　随着科技的发展,脉冲功率技术有着越来越广泛的应用,诸如电磁轨道炮、高能激光武器、电磁弹射等应用对脉冲放电系统的要求也在不断提高。具有高功率密度、高储能密度的超导磁储能系统应用于脉冲功率技术中具有独特的优势。本论文对基于超导储能的脉冲放电系统中的一些关键技术进行了研究,包括脉冲成形电路、超导磁体的优化设计等技术以及脉冲放电系统的应用与实用化。本文根据实际脉冲负载的需求提出了一种基于超导电感储能的电流型脉冲成形拓扑,并设计了应用电路,该放电电路可以实现充电、储能、放电、终止放电、剩余能量回收五种工作模态。相较于传统的脉冲成形电路,增加的终止放电模态对于一些可能需要提前终止放电的脉冲负载具有重要意义,增加的能量回收模态可以降低系统的能量损耗率。然后结合电磁轨道炮对上述电路进行了仿真,仿真证明本文设计的脉冲成形电路能够应用于轨道炮,而且终止放电模态和剩余能量回收模态对于炮口消弧和减小能量损耗具有积极的作用。为满足大容量脉冲放电系统的技术要求与实用需求,还提出了多模块并联同步、异步放电模式。此外由于超导体的特殊性与其昂贵的价格,有必要对中间储能装置超导磁体进行优化设计,借助Ansys有限元工具进... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 论文的研究背景与意义
    1.2 超导储能脉冲放电系统研究现状
    1.3 本文主要研究内容及论文结构
第2章 超导储能脉冲成形电路研究
    2.1 电感储能型脉冲成形电路
    2.2 新型脉冲成形电路拓扑研究
        2.2.1 脉冲成形电路拓扑结构
        2.2.2 工作模态分析
    2.3 全模态脉冲成形应用电路设计与仿真
        2.3.1 全模态应用电路设计
        2.3.2 PSIM仿真
    2.4 本章小结
第3章 脉冲放电系统用于轨道炮的仿真分析
    3.1 轨道炮的数学模型
    3.2 PSIM仿真研究
        3.2.1 仿真模型与仿真参数
        3.2.2 仿真结果
        3.2.3 效率分析
    3.3 电路参数对系统的影响
        3.3.1 电容参数的影响
        3.3.2 终止放电时机的影响
    3.4 模块化方案研究
        3.4.1 并联同步放电
        3.4.2 并联异步放电
    3.5 本章小结
第4章 螺线管型超导磁体的优化设计
    4.1 超导体的特性
        4.1.1 超导体的基本特性
        4.1.2 超导体的临界值
        4.1.3 超导带材的各向异性
    4.2 超导磁体的优化设计方法
        4.2.1 设计流程
        4.2.2 临界电流确定方法
        4.2.3 Ansys有限元分析
    4.3 10kJ超导磁体的优化设计
        4.3.1 带材种类
        4.3.2 结构选择
        4.3.3 尺寸参数
        4.3.4 Ansys仿真分析
        4.3.5 Ansys优化计算
    4.4 本章小结
第5章 超导储能脉冲放电系统实验平台
    5.1 脉冲成型主电路实现
    5.2 超导储能磁体
    5.3 控制与驱动电路设计实现
        5.3.1 DSP控制单元
        5.3.2 辅助电源单元
        5.3.3 系统检测单元
        5.3.4 驱动电路设计
    5.4 软件程序设计实现
    5.5 实验结果及分析
        5.5.1 脉冲放电基本模态验证
        5.5.2 改变吸收电容参数
        5.5.3 终止放电与能量回收模态的实现
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
附录
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢



本文编号：2977831