【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目： 電磁發(fā)射用脈沖電源的設(shè)計(jì) 所在學(xué)院： 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1001 學(xué)生姓名： 傅仕航 指導(dǎo)教師： 梅磊 起訖日期： 201312～201406 2014年6月I電磁發(fā)射用脈沖電源的設(shè)計(jì)摘 要隨著電磁發(fā)射技術(shù)的不斷發(fā)展，其在國防建設(shè)以及國民生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來廣泛。高功率脈沖電源作為電磁發(fā)射技術(shù)的主要組成部分，也越來越受到人們的關(guān)注。為了滿足空間電磁發(fā)射技術(shù)的需要，高精度脈沖電源系統(tǒng)就顯得非常重要，而脈沖電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就成了一個(gè)重要的研究問題。本論文主要介紹了電磁發(fā)射仿真實(shí)驗(yàn)中的脈沖電源系統(tǒng)的主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、特性，并運(yùn)用saber電路仿真軟件對(duì)主電路進(jìn)行理論仿真。主要完成的工作有：：介紹了毫秒級(jí)（精確到百微秒級(jí)）脈沖電源系統(tǒng)的組成以及重要元件和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行介紹，同時(shí)分析了各個(gè)元件在主電路中所起到的作用，同時(shí)指明各元件的選擇依據(jù)，通過理論上的軟件仿真，從而確定了脈沖電源系統(tǒng)中各功率元件的參數(shù)。，獲得電路中不同線路電流、電壓隨著時(shí)間的變化曲線，從而確定它們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)（毫秒或者微秒級(jí)）的變化效果，并對(duì)此進(jìn)行分析，通過調(diào)節(jié)，最終獲得最佳的脈沖電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以符合電磁發(fā)射對(duì)脈沖電源的要求。關(guān)鍵詞：電磁發(fā)射、脈沖電源、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、仿真39With the design of pulse power electromagnetic launchABSTRACTWith the continuous development of electromagnetic launch technology, its application in national defense construction and national production are more widely. High power pulse power as the main part of the electromagnetic launch technology, is being more and more get the attention of people.In order to meet the needs of space electromagnetic launch technology, high precision pulse power system is very important, and the design of the main circuit topology of pulse power supply is an important research question. This paper mainly introduced the electromagnetic emission experiments of pulse power system of main circuit topology structure, properties, and using saber circuit simulation software simulation was carried out on the main circuit theory. The main works are as follows:1. Established the mathematical model of pulse power main circuit: Introduces the position of millisecond pulse power supply system and introduces the important ponents and related parameters, and analyzes the various elements play a role in the main circuit, at the same time, indicate the ponents selection basis,through the theory of software simulation, which determine the pulse power supply power ponents of the system parameters.2. Through the saber in the circuit simulation software simulation of pulse power supply circuit topology, different line current and voltage in the circuit are obtained with the change of time curve, to identify them in a short period of time (milliseconds or microsecond) change effect, and by, adjusting, finally get the best pulse power main circuit topology structure to conform to the requirements of the electromagnetic emission of pulse power supply.Key words: electromagnetic launch, pulse power, topology structure, simulation目 錄摘 要 I第一章 緒 論 1 課題的背景及意義 1 1 2 3 3 5 10 電磁發(fā)射用脈沖電源的設(shè)計(jì)課題的研究意義 11 12第二章 脈沖電源的原理 13 13 16 18 19 19第三章 脈沖電源的結(jié)構(gòu) 20 20 21 22 23 23 24 24 25 26 26 27 28第四章 脈沖電源單個(gè)模塊結(jié)構(gòu)的saber仿真 29 29 29 30 30 32 35第五章 總結(jié)和展望 36參考文獻(xiàn) 37致 謝 40南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒 論 課題的背景及意義伴隨著物理技術(shù)不斷的進(jìn)步和發(fā)展，使目前發(fā)射裝置如大炮、火箭等類型的發(fā)射器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人類對(duì)發(fā)射能力需求的更高要求，正是在此情況下產(chǎn)生了新一代超高速的電磁發(fā)射推進(jìn)技術(shù)。電磁發(fā)射技術(shù)的本質(zhì)原理是洛侖茲定律：當(dāng)電流流過磁場(chǎng)時(shí)，將會(huì)受到與電流、磁場(chǎng)均垂直的洛侖磁力，也就是物理學(xué)上的安培力，這個(gè)力會(huì)使得位于磁場(chǎng)中的帶電物體做加速運(yùn)動(dòng)。帶電物體可以是彈丸、飛機(jī)、導(dǎo)彈、炮彈、衛(wèi)星、火箭等物體。電磁軌道發(fā)射技術(shù)產(chǎn)生的原因與軍事應(yīng)用相關(guān)。傳統(tǒng)的化學(xué)能發(fā)射武器（火箭、火炮等），經(jīng)歷了比較漫長(zhǎng)的發(fā)展過程。盡管常規(guī)的化學(xué)能武器相比于機(jī)械發(fā)射裝置，在儲(chǔ)能密度和功率密度方面高得很多，然而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，它已經(jīng)不能滿足人類對(duì)發(fā)射能力（超高速和超高能量）的更高要求[1]。因而新一代的超高速電磁發(fā)射技術(shù)就產(chǎn)生了。電磁軌道炮是通過電磁力的推進(jìn)來發(fā)射的，從結(jié)構(gòu)上來說可以分為三個(gè)部分：脈沖形成結(jié)構(gòu)（Pulse forming structure，即PFS），大炮的炮體部分以及電樞部分[2]。脈沖形成結(jié)構(gòu)是高功率脈沖電源的主要組成部分，作為電磁能輸出的控制環(huán)節(jié)，通過儲(chǔ)存初始的電能，并調(diào)節(jié)釋放電能規(guī)律從而滿足電磁軌道發(fā)射的基本需求。軌道炮的負(fù)載是低阻抗的負(fù)載，雖然它對(duì)電壓的要求不高，但是對(duì)電流要求卻比較苛刻，固體電樞軌道炮的理想最佳驅(qū)動(dòng)電流是梯形脈沖電流，其峰值要求幾百 kA 至 MA，峰值上升時(shí)間比較短，峰值持續(xù)時(shí)間達(dá)到毫秒量級(jí)。要使電磁軌道發(fā)射技術(shù)的使用階段進(jìn)入空間武器裝備化時(shí)期，脈沖電源系統(tǒng)要求高度的可靠性、高精確性、易控性以及高儲(chǔ)能密度，并且具有可移動(dòng)性、緊湊性，因而脈沖功率系統(tǒng)放電效率、能量?jī)?chǔ)存密度和放電的靈活性、可靠性以及緊湊性和小型化必須得到提高。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要對(duì)用于電磁軌道發(fā)射裝置中的脈沖電源系統(tǒng)進(jìn)行從整體結(jié)構(gòu)到各器件的單元以及系統(tǒng)中的各種參數(shù)影響規(guī)律進(jìn)行預(yù)先的研究，從而為設(shè)計(jì)系統(tǒng)和過程實(shí)現(xiàn)中出現(xiàn)的技術(shù)問題提供解決途徑?，F(xiàn)代電源技術(shù)是在主要應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件下，綜合自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交叉技術(shù)，是屬于電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)的范疇，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電源技術(shù)的發(fā)展，而電源技術(shù)的發(fā)展又有效地促進(jìn)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電源技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中扮演了越來越重要的角色，無論是日常生活還是最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對(duì)提高一個(gè)國家勞動(dòng)生產(chǎn)率（Labor productivity）的能力，即提高一個(gè)國家的單位能耗的產(chǎn)出水平，具有非一般的作用。到目前為止，電源已成為一種非常重要的科技基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)，其總體發(fā)展趨勢(shì)為高效、高頻、低壓、大電流化、高密度化和多元化。同時(shí)，它的封裝結(jié)構(gòu)和外形尺寸日趨國際化，為了適應(yīng)全球一體化大市場(chǎng)的要求。電源設(shè)備是用來實(shí)現(xiàn)變換電能和傳遞功率，是一種技術(shù)含量很高、知識(shí)面很寬、更新?lián)Q代很快的產(chǎn)品?，F(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運(yùn)輸、交通、能源、航天、航空、航運(yùn)、信息、教育、國防、文化等領(lǐng)域。在信息化社會(huì)，上述各行各業(yè)都在迅猛發(fā)展，發(fā)展的同時(shí)又對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更多更高的要求。如節(jié)電、節(jié)能、節(jié)材、減重、縮體、改善環(huán)境、防止污染、可靠、安全等。顯而易見，電源技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)完全帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)方面的發(fā)展，而反過來相關(guān)技術(shù)方面的發(fā)展又推動(dòng)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前在電源產(chǎn)業(yè)，有很多種電源產(chǎn)品和電源技術(shù)占主導(dǎo)地位。電源例如有中頻感應(yīng)加熱電源，穩(wěn)壓線性電源、DC/DC開關(guān)電源、高頻逆變式整流電源、交流變頻調(diào)速電源、電力操作電源、正弦波逆變電源、AC/DC開關(guān)電源，交流變頻調(diào)速電源，中頻感應(yīng)加熱電源、可靠高效低污染的光伏逆變電源、綠色照明電源，風(fēng)光互補(bǔ)型電源等。電源技術(shù)諸如全諧振高頻軟開關(guān)變換技術(shù)、功率轉(zhuǎn)換技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、同步整流技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)數(shù)字化控制技術(shù)，智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，智能化充電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、先進(jìn)的工藝技術(shù)和集成化技術(shù)等各種形式的電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電力電子技術(shù)中的各種應(yīng)用以及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)始終均處于核心地位。相比大型電鍍電解電源而言，傳統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)龐大，如果采取使用高頓開關(guān)的電源技術(shù)，那么重量和體積不僅會(huì)大幅度下降，而且可以極大提高電源的利用效率，從而可以節(jié)省材料和降低成本。在變頻傳動(dòng)和電動(dòng)汽車領(lǐng)