重离子加速器磁铁电源用矩阵变换器的设计及研究

发布时间：2023-02-26 16:42

　　超导磁铁和电源技术是粒子加速器发展过程中磁场系统的关键技术。针对目前磁铁电源的网侧功率因数不高且存在谐波污染的问题,需寻求更优的低成本高效率解决方案。对超导电源实现能量回馈电网的问题也亟需开展相关研究。近年来出现的矩阵式变换器,其网侧功率因数可经调节接近于1,当采用不同的调制策略时可以实现整流、逆变、斩波、变频等多种功率变流功能,频率可以在单级内变换,是一种兼具环保性、通用性的变换器。本文中拟选取矩阵变换器作为加速器电源主电路拓扑的解决方案,并对其可行性进行研究。矩阵变换器的功率因数可调,有望实现输入电流正弦化,减少谐波污染;能量双向流动可将超导磁铁多余能量回馈给电网;无需大的电容,可以减小电源装置体积,提高动态性能;拓扑的通用性,可以实现多种电力变换功能,适用于加速器电源中的多种应用场合。加速器电源可运行于直流或脉冲工作模式,本论文主要研究了适用于直流电源的矩阵变换器拓扑。首先从双向开关、换流策略等方面对矩阵变换器实现双向高性能的电能变换的工作原理进行了理论研究。对矩阵变换器的调制策略进行了广泛研究,提出了适用于加速器电源的双向电流控制策略,对其中滞环电流控制的频率不稳定问题进行深入...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 概述
    1.2 矩阵式变换器
        1.2.1 矩阵式变换器结构及特点
        1.2.2 国内外研究现状
    1.3 矩阵式变换器的研究意义
        1.3.1 加速器电源常规功率变换器特点和不足
        1.3.2 在加速器电源中应用矩阵式变换器的研究意义
    1.4 论文的研究内容和创新之处
        1.4.1 论文的研究内容
        1.4.2 论文的创新之处
第二章 应用于加速器电源的矩阵变换器拓扑与工作原理
    2.1 矩阵式变换器的工作原理
        2.1.1 双向开关
        2.1.2 换流策略
    2.2 矩阵式变换器应用于加速器直流电源的几种拓扑及工作原理
        2.2.1 直接型矩阵式整流器
        2.2.2 磁耦合型矩阵式整流器
        2.2.3 前级调压型矩阵式整流器
    2.3 应用于脉冲电源的矩阵式变换器拓扑
第三章 矩阵整流器的调制策略
    3.1 电压控制法
        3.1.1 开关函数
        3.1.2 空间矢量调制
        3.1.3 空间矢量法与开关函数算法的统一性
    3.2 电流控制法
        3.2.1 滞环电流跟踪
        3.2.2 比例积分控制
        3.2.3 预测电流控制
    3.3 其他新型调制策略
    3.4 矩阵式变换器应用于加速器电源的适用控制策略
        3.4.1 网侧的无零、有零矢量调制策略
        3.4.2 负载侧的控制策略
第四章 矩阵式整流器的建模与仿真
    4.1 矩阵式整流式直流电源控制电路的仿真模型
        4.1.1 网侧电压平衡时的空间矢量调制
        4.1.2 网侧电压不平衡时的空间矢量调制
        4.1.3 负载侧的滞环控制
        4.1.4 不同拓扑的控制策略建模的比较
    4.2 网侧功率因数的仿真分析
    4.3 输出侧跟踪性能的仿真分析
第五章 矩阵式整流电源实验样机的设计与测试
    5.1 矩阵式整流器电源实验样机主电路
        5.1.1 双向开关模块的构成
        5.1.2 驱动电路
        5.1.3 输入、输出滤波电路
        5.1.4 隔离电源的设计
    5.2 矩阵式整流器电源实验样机控制电路
        5.2.1 电压、电流传感器
        5.2.2 检测电路
        5.2.3 脉宽调制信号的CPLD实现
        5.2.4 数字信号处理单元DSP
    5.3 其他保护电路
    5.4 样机实验结果与性能分析
        5.4.1 不同磁铁电源方案的实验结果
        5.4.2 网侧电能质量测试与分析
        5.4.3 直流输出的负载扰动实验
        5.4.4 脉冲输出的负载扰动实验及跟踪误差分析
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 下一步工作展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3750534