检索结果-内蒙古大学图书馆

高电压技术 2021年第10期47卷 3716-3723页

作者：符尊靖徐蓉徐伟东成文凭严萍中国科学院大学北京100190 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院电力电子与电力驱动重点实验室北京100190

为了分析增强型4轨平面串联直线驱动装置的转化效率及其能量分布,选择场路协同分析方法,基于MATLAB Simulink和COMSOL平台,建立了脉冲大电流直线驱动装置模型。仿真结果通过与试验数据进行对比,验证了计算模型的可靠性。该模型可实现驱... 详细信息

为了分析增强型4轨平面串联直线驱动装置的转化效率及其能量分布,选择场路协同分析方法,基于MATLAB Simulink和COMSOL平台,建立了脉冲大电流直线驱动装置模型。仿真结果通过与试验数据进行对比,验证了计算模型的可靠性。该模型可实现驱动装置电感梯度和电阻梯度等重要参数和驱动装置的转化效率、出膛速度以及驱动装置能量分布情况的仿真计算,为结构优化提供了高效可靠的计算模型。根据计算结果可以发现,驱动装置的电气参数不仅受电流频率影响,还与电流幅值相关;驱动装置的输入能量中,分布在轨道的能量最多,约50%,绝大部分能量转化为了焦耳热,约54.15%,仅27.76%的能量转化为电枢的动能。

关键词：增强型直线驱动装置脉冲大电流全电路模型参数计算能量分布

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空间等离子体环境地面模拟装置磁体电源系统研究

空间等离子体环境地面模拟装置磁体电源系统研究

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作者：关键哈尔滨工业大学

学位级别：博士

“十二五”国家重大科技基础设施——空间环境地面模拟装置空间等离子体环境模拟与研究分系统的近地空间等离子体环境模拟舱通过使用一套磁体电源系统为复杂的磁体系统提供脉冲大电流来模拟地球磁层的磁场结构,从而开展磁层顶磁重联、... 详细信息

“十二五”国家重大科技基础设施——空间环境地面模拟装置空间等离子体环境模拟与研究分系统的近地空间等离子体环境模拟舱通过使用一套磁体电源系统为复杂的磁体系统提供脉冲大电流来模拟地球磁层的磁场结构,从而开展磁层顶磁重联、“地球辐射带”波粒相互作用、地球磁暴等空间物理学方面的研究。由于磁体系统中各个线圈的电磁特性耦合多变,并且所需脉冲大电流的指标参数具有多样性,同时为了满足物理实验对磁场位形的灵活需求,要求多个线圈能够实现同步或延时运行,因此磁体电源系统的研制面临着巨大挑战。此外,与以前的实验装置相比,该装置将开展更大空间尺度、更高参数的物理研究,这对磁体电源系统的储能提出了较高的要求。因此,研制一套满足物理实验需求的磁体电源系统是整个装置成功运行的基础,对于利用装置开展空间基础科学研究具有重大意义。本文将围绕磁体电源系统的设计需求,开展复杂负载电感耦合分析和多工况建模、模块化设计方法、充放电保护策略、同步性以及脉冲大电流测量等方面的研究工作。首先,分析磁体电源系统三种典型工况下负载线圈之间的电感耦合关系,基于磁体系统各个负载线圈的实际空间位置计算线圈之间的互感。针对包含多个并联子线圈的TF线圈、PF线圈和CK线圈,基于n维向量空间理论建立线圈等效电感的化简方法,并采用该方法化简通过有限元仿真计算得到的多线圈互感矩阵。根据单负载电容储能型脉冲电源输出电流模型和磁体电源放电电路的技术路线,建立描述磁体电源系统三种典型工况的数学模型,为后期预测各工况下脉冲电源的输出电流波形提供理论依据。其次,基于单负载电容储能型脉冲电源输出电流模型和负载等效电感参数,对磁体电源系统的模块参数进行优化设计,并通过多工况数学模型预测电源输出电流,以验证模块参数的设计。依据放电开关通流能力和模块连接方式给出了模块参数之间的约束关系,开展了脉冲电源输出电流对放电回路参数的敏感性分析,发现输出电流对放电回路中电感的敏感性强于电阻,在此基础上通过忽略电阻的影响建立了放电回路中电容值、电感值和电流峰值的正比例关系。依据此关系建立了确定模块电容值和模块数量的判定准则,并据此优化了模块电容值和模块数量,同时根据优化结果得到了模块所需的续流电阻值。基于优化的模块参数,求解磁体电源系统的多工况数学模型,结果表明电源的输出电流参数满足技术指标需求,验证了模块参数优化设计的正确性。基于优化的模块数量和磁体电源系统的逻辑功能需求,提出了磁体电源系统的两层逻辑模型,梳理了各个组成部分之间的逻辑关系及数据流向。第三,为了确保磁体电源系统的安全运行,在介绍快脉冲和缓脉冲两种磁体子电源电路拓扑的基础上,分析充电过程中引起充电模块损坏风险的两种典型故障,并针对性地设计保护策略。针对磁体子电源负载端短路故障,在PSpice中建立电路仿真模型,分析两种磁体子电源在负载端短路的情况下各放电模块的输出电流参数是否在放电开关额定参数的范围内。仿真分析表明快脉冲电源依靠模块自身的内阻和连接电缆的电感可有效限制短路电流,而缓脉冲电源则需要额外引入保护电感来限制短路电流。由于单套磁体子电源的所有放电模块并联放电,各放电模块中放电开关导通延时的分散性决定了磁体子电源的电流输出效率。对大量晶闸管的导通延时进行了测量,并通过放电开关并联条件筛选了满足导通延时要求的晶闸管。选择每5片筛选后的晶闸管串联组成晶闸管组件、作为放电开关,该放电开关具有耐压高、抗干扰能力强等优点,同时还具有状态实时监测和反馈功能。此外,研制了一套延时同步设备,用来保证多套磁体子电源的同步或延时放电。最后,在测试磁体电源系统对磁体系统放电特性的过程中,为了降低脉冲大电流通过磁体线圈时产生的强电磁冲击力损坏线圈的风险,以磁体电源系统对模拟负载的极限放电性能为基本依据,基于RLC放电电路的固有特性推导了IU关系,采用该关系拟合了低压条件下多点递增的充电电压与实测电源输出电流数据,进一步通过低压外推法得到了磁体电源系统对磁体系统的极限放电性能。同时,开展磁体电源系统的多工况放电实验,并基于实验结果验证了磁体电源系统多工况数学模型和仿真模型的精确性。论文围绕空间等离子体环境地面模拟装置磁体电源系统,对多个负载强耦合、参数差异大、电流指标需求多样、触发时序精确控制等条件下电容储能型脉冲大电流装置中的关键问题进行了较为全面的研究,研究成果具有重要的理论意义和工程价值,能够为同类型脉冲大电流装置的研制提供借鉴。

关键词：空间等离子体环境地面模拟装置磁体脉冲电源多负载耦合模块化全电路模型

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杂散电容对陡化前沿Marx发生器影响的研究

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现代应用物理 2023年第1期14卷 73-81,87页

作者：王一凡贾伟陈志强郭帆石凌刘洪顺山东省特高压输电技术与设备重点实验室济南250061 西北核技术研究所西安710024

为深入理解Marx发生器的建立过程,根据Marx发生器过电压产生的机理,综合利用建模仿真和理论推导两种手段定量研究了Marx发生器的级间耦合电容和对地杂散电容对开关同步性能和负载上过电压的影响。推导并得到了杂散电容影响火花开关和负... 详细信息

为深入理解Marx发生器的建立过程,根据Marx发生器过电压产生的机理,综合利用建模仿真和理论推导两种手段定量研究了Marx发生器的级间耦合电容和对地杂散电容对开关同步性能和负载上过电压的影响。推导并得到了杂散电容影响火花开关和负载上过电压的公式,并给出了适用范围。结果表明:在级间耦合电容大于储能电容0.01倍的情况下,开关过电压和负载过电压与级间耦合电容负相关;火花开关上的过电压与对地杂散电容正相关,在杂散电容大于储能电容0.01倍的情况下,负载过电压与对地杂散电容负相关。本研究可为Marx发生器的设计提供一定的参考。

关键词： Marx发生器杂散电容过电压同步全电路模型

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ZR装置与Z箍缩负载耦合的全电路模拟

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现代应用物理 2022年第4期13卷 131-137页

作者：薛创毛重阳王冠琼王小光孙顺凯宁成肖德龙北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为掌握Z refurbishment(ZR)装置工作状态,方便开展Z箍缩相关实验的模拟分析,深入理解大型多路并联脉冲功率驱动器的工作原理,发展了ZR装置的全电路模型。基于有限差分方法编写了全电路模拟程序,分析了装置内部各结构组件的充放电过程,... 详细信息

为掌握Z refurbishment(ZR)装置工作状态,方便开展Z箍缩相关实验的模拟分析,深入理解大型多路并联脉冲功率驱动器的工作原理,发展了ZR装置的全电路模型。基于有限差分方法编写了全电路模拟程序,分析了装置内部各结构组件的充放电过程,基于实验电流波形校验了关键组件的模型和参数,在此基础上研究了电磁脉冲的形成和传输过程。进一步针对典型的丝阵和套筒Z箍缩实验,将ZR装置全电路模型与负载0维内爆动力学模型耦合模拟,获得了负载半径、高度和质量等参数变化对内爆性能的影响规律。结果表明:充电电压为82 kV时,从驱动器电储能(18.9 MJ)到负载动能(1.2 MJ)的转换效率约为6%;在相同的充电电压和负载电极结构条件下,若负载都在各自优化设计的参数下工作,则应用于辐射源研究的丝阵负载线质量较小、初始半径较大及内爆速度较快;而应用于惯性约束聚变研究的套筒负载线质量较大、初始半径较小及内爆速度较慢;两种负载内爆动能十分接近。同时,内爆动能随负载高度和收缩比的增大而增大。

关键词： ZR装置 Z箍缩脉冲功率全电路模型内爆

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典型布局Marx发生器内部过压形成与分布

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华中科技大学学报（自然科学版） 2018年第10期46卷 110-115页

作者：贾伟陈志强郭帆曾江涛西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室陕西西安710049 西北核技术研究所强脉冲辐射模拟与效应国家重点实验室陕西西安710024

为深入理解Marx发生器的建立过程,针对典型线路布局建立了基于不同过压耦合方式的发生器内部过电压产生与分配全电路模型.通过理论分析与电路仿真,研究了不同过压耦合方式下发生器内部开关过电压的产生机制与分布变化规律,结果表明：Mar... 详细信息

为深入理解Marx发生器的建立过程,针对典型线路布局建立了基于不同过压耦合方式的发生器内部过电压产生与分配全电路模型.通过理论分析与电路仿真,研究了不同过压耦合方式下发生器内部开关过电压的产生机制与分布变化规律,结果表明：Marx发生器内部开关上的过压源自对已击穿开关上电压的重新分配;针对发生器不同的线路布局,起主要分压作用的参数及其所构成的分压回路也不同,从而形成不同的内部过电压产生方式与分布变化规律.

关键词：气体开关 Marx发生器线路布局全电路模型过电压

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