基于蓄电池组和脉冲发电机型电源的平顶长脉冲磁场电源系统研究

论文摘要

强磁场已经成为现代前沿科学研究必需的极端实验条件之一,为了满足一些既需要比较高的磁场强度,又对磁场的稳定度有着很高的要求的科学研究项目,科学家们提出了平顶长脉冲磁场的概念,这种磁场能够提供的磁场强度较高而且具有一段稳定的平顶脉宽。目前常用的脉冲电源中适用于产生平顶长脉冲磁场的主要是脉冲发电机型和电网整流型电源系统,这两种电源系统都有各自的不足之处。在总结现有各种脉冲电源系统的基础上,本文对蓄电池组型电源的特性以及应用于平顶长脉冲磁场电源系统领域的可行性进行了研究分析,提出了一种由蓄电池组和脉冲发电机型电源串联组合而成的平顶长脉冲磁场电源系统,对这种电源系统的原理,系统构成以及控制策略进行了详细的研究和仿真分析。在本文所提出的串联组合型电源系统的基础上,为了得到稳定度更高的平顶磁场波形,以满足一些实验对磁场平顶波形稳定度的苛刻要求,本文对现有的直流纹波滤波手段进行了总结分析,为本文所提出的电源系统设计了一种能量双向流动的并联型直流有源滤波器,并通过仿真对这种滤波器的输出特性和补偿效果进行了分析。本文对整个电源系统进行了建模和仿真,以实现50T,400ms平顶的长脉冲磁场为目标,对不同方案进行了比较分析。在仿真中利用本文所提出的电源系统方案成功得到了21kA,400ms平顶的磁体电流波形,经过并联型直流有源滤波器滤波后,得到了纹波系数85ppm的磁体电流平顶波形。通过仿真验证了本文所提出的串联组合型电源系统可行性和工作特性,也验证了本文所设计的并联型直流有源滤波器对平顶直流纹波的滤波效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题的背景和意义
• 1.3 常见的脉冲强磁场电源系统总结分析
• 1.4 本文所做的工作
• 2 基于蓄电池组和脉冲发电机型电源的电源系统
• 2.1 电源系统设计概述
• 2.2 蓄电池组电源
• 2.3 脉冲发电机电源
• 2.4 晶闸管断路开关
• 2.5 组合电源系统
• 2.6 控制系统
• 3 平顶纹波滤波
• 3.1 直流纹波滤波研究现状
• 3.2 本文采取的纹波补偿方案
• 4 电源系统建模及仿真分析
• 4.1 仿真工具
• 4.2 模型的建立
• 4.3 系统仿真及分析
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献