重频强流脉冲加速器初级能源的研究

论文摘要

在高功率微波和脉冲功率技术工业应用的推动下,重频强流脉冲加速器逐步成为脉冲功率技术研究的热点和发展趋势之一。初级能源回路的功率供给与能源补充是实现加速器重频运行的一项关键技术。论文研究了利用中间储能与直接供电两种方式实现重频强流脉冲加速器的初级能源系统。首先对利用储能电容实现加速器重频运行的初级能源进行了理论、模拟和实验研究;然后对利用直接供电方式实现加速器重频运行的初级能源进行了电路分析;最后对利用飞轮、蓄电池实现加速器重频运行的初级能源进行了探索和可行性分析。本论文的研究为重频强流脉冲加速器初级能源设计和研究提供一定的参考,具有重要现实意义与应用价值。在利用中间储能方式实现加速器重频运行的初级能源研究中,重点研究了储能电容方式实现重频强流脉冲加速器初级能源。分析了其工作原理和工作时序,得到储能电容电压的有效范围、储能电容的最大有效能量、能量利用效率、最大脉冲个数。推导了开关时序控制的理论基础:储能电容电压、原边电容的反向电压、开关触发延时(即:储能电容对原边电容开始充电和能量回收回路启动之间的延时)三者之间的解析表达式。模拟研究了利用储能电容构建初级能源回路的电流波形、电容的电压波形和开关触发时间对重频运行的影响,并与理论结果进行了相互印证。在理论的指导下,利用模拟软件制定了多个供实验中计算机控制程序调用的反映储能电容电压、原边电容的反向电压、开关触发延时三者之间关系的256×256的数据表格,数据表格应用于重频长脉冲加速器运行实验,实验结果表明:利用控制程序调用数据表格获得开关触发延时,对开关进行控制,可以实现重频运行中变压器原边电容充电一致性。为了解决脉冲个数受储能限制的问题,引入储能密度较高的超级电容到初级能源回路中。超级电容的核心问题是其内阻问题,内阻较大导致电路中滤波快速电容的引入。论文从理论和模拟上对由于内阻较大引起的问题进行深入研究,得到了一些对实验工程有用的结论。同时,论文对恒压充电与恒流充电两种直接供电方式驱动强流脉冲加速器重频运行的初级能源进行理论和模拟研究。对恒压充电实现重频运行初级能源回路的电路设计、工作原理、参数选择、稳压问题进行分析,并比较了与储能电容方式实现重频强流脉冲加速器初级能源的异同。分析了恒流充电电源给变压器原边电容充电的电路,对其中引入的隔离电容和二极管的参数及作用进行了详细的讨论,对恒流电源的功率需求也进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 论文的主要研究内容
• 第二章 利用储能电容实现重频强流脉冲加速器初级能源的研究
• 2.1 理论分析
• 2.1.1 回路的运行方式及工作时序
• 2.1.2 理想情况下的电路分析
• 2.1.3 考虑电阻情况下的电路分析
• 2.2 模拟与实验研究
• 2.3 引入超级电容的初级能源回路
• 2.3.1 超级电容简述
• 2.3.2 回路引入超级电容的一些问题
• 2.3.3 脉冲个数的估算
• 2.3.4 超级电容电压的适用范围
• 2.3.5 引入超级电容的模拟研究
• 2.4 小结
• 第三章 利用直接供电实现重频强流脉冲加速器初级能源的研究
• 3.1 恒压充电与恒流充电
• 3.1.1 恒压充电
• 3.1.2 恒流充电
• 3.2 恒压充电方式实现重频强流脉冲加速器初级能源的研究
• 3.2.1 工作原理
• 3.2.2 预充电单元和自停自补充电单元
• 3.2.3 稳压问题的分析
• 3.2.4 参数的设计与分析
• 3.3 恒流充电方式实现重频强流脉冲加速器初级能源的研究
• 3.3.1 工作原理
• 3.3.2 参数分析
• 3.3.3 模拟研究
• 3.4 小结
• 第四章 利用其他储能方式实现重频强流脉冲加速器初级能源探索
• 4.1 利用飞轮储能实现重频强流脉冲加速器初级能源的探讨
• 4.1.1 飞轮储能简述
• 4.1.2 飞轮储能的国内外发展状况
• 4.1.3 可行性分析
• 4.2 利用蓄电池储能实现重频强流脉冲加速器初级能源的探讨
• 4.3 小结
• 第五章 总结
• 5.1 论文工作与结论
• 5.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果