【正文】 真PFS 中各功率元件均相關(guān)，因此對吸能電阻R和調(diào)波電抗L的不同選擇，不易給出精確的參數(shù)要求，這里電容量C固定，通過仿真，比較各器件在不同的吸能電阻R和調(diào)波電抗L下PFS輸出波形的特征，由此確定一個相對合理的元件參數(shù)。G2被擊穿后，點3電位由U0降至U0，點4電位驟然降到2U0，而點5電位保持為U0，G3被3U0的過電壓擊穿。原理：變壓器T和整流器D組成的直流電源經(jīng)過保護(hù)電阻R0給各級主電容C0充電至電壓U0，各擊穿二極管同時達(dá)到U0，上排1，3，5各級對地雜散電容（圖中未畫出）也被充電至U0，而下排2，4，6各點仍為零電位。分段負(fù)荷隨開關(guān)的投入相應(yīng)進(jìn)入系統(tǒng)。至于更加詳細(xì)的描述，特別是對時序控制的過程，各種器件的運行狀態(tài)和電源內(nèi)部暫穩(wěn)態(tài)過程的描述，則需要進(jìn)行更加深入的研究，并建立必要的模型。多PFS模塊脈沖電源系統(tǒng)的研究主要為了滿足實驗室電磁軌道發(fā)射試驗的要求，注重各模塊的穩(wěn)定性，脈沖電源系統(tǒng)整體實驗中采用結(jié)構(gòu)簡單堅固、技術(shù)比較成熟的三電極觸發(fā)空氣火花開關(guān)替代TVS，以防止一些不可控因素對輸出波形的影響，對有限且昂貴的軌道和電樞及回路中的功率元件造成破壞。電抗器的電感量的確定要綜合兩方面，如果電感量過大，由易得回路阻抗大，進(jìn)而回路電流峰值偏小，由 （）回路的振蕩頻率低，脈沖電流上升陡度較小；反之，若電感量過小，波形調(diào)節(jié)的作用無法實現(xiàn)，故須綜合考慮來確定L。為了保護(hù)價格較高的續(xù)流二極管，需把阻值小且功率高的吸能電阻串聯(lián)在續(xù)流支路上。設(shè)電容器額定電壓為5kV，而在實際使用時，電容的滿充電壓必小于額定，設(shè)滿充電壓4kV，由公式: （）得電容值須大于80mF。因電容器和可變調(diào)波電抗器組成的LC 回路的欠阻尼特性和時間常數(shù)都比較小，反向電壓是減小脈沖電容器壽命的最主要的因素。在上述分析的基礎(chǔ)上，本論文采用直流斬波原理，結(jié)合開關(guān)電源，研制了一種新型的開關(guān)型可調(diào)脈沖電源。相控整流電源中的晶閘管器件工作在開關(guān)狀態(tài)，其工作頻率一般是工頻50Hz。對于斬波法，由于直流電流環(huán)節(jié)與脈沖信號產(chǎn)生環(huán)節(jié)是分開的，它的脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)方便、脈沖波形較好、容易實現(xiàn)自動控制[27，28，29]。本章通過介紹了電源電路的等效模型、電磁發(fā)射對脈沖電源的要求、本文采用的脈沖電源的形式來深入理解脈沖電源的結(jié)構(gòu)第三章 脈沖電源的結(jié)構(gòu)脈沖電源的實現(xiàn)方式歸結(jié)起來有三種。因而我們采用N個脈沖形成結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)的方式。電磁發(fā)射的主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇電磁軌道技術(shù)在物理電特性方面主要存在兩大難題：其一，為了勻加速，激勵電流需要保持恒流；其二，欲想達(dá)到高速度，激勵電流的峰值要大。由于以上的要求，以及不同電磁軌道炮對電源的不同要求和不同的使用目的，可以把時下現(xiàn)有的系統(tǒng)電源方案劃分成為5種基本的典型形式，如圖22所示圖22 五種典型的系統(tǒng)電源方案根據(jù)目前的科技研究水平，在以上的5種典型系統(tǒng)電源方案中，采取蓄電池來儲存能量的方案電源發(fā)展空間最大，這種電源的儲能密度性能比較好，屬于應(yīng)用較為廣泛的類型。而導(dǎo)軌炮是屬于低電阻負(fù)載類型的，它所要求的電源提供的電壓通常為110kV。根據(jù)運動學(xué)上的牛頓第二定律： ()。相比于軌道炮而言，如果假設(shè)在發(fā)射期間定子被驅(qū)動的電流Is、電樞的電感La為常量，并滿足Is=Ia=I，則軌道炮上面的給彈丸加速的力: ()式中，L0為單位長度上軌道的電感，根據(jù)以上兩個式子可以得到: ()設(shè)計以一臺如此的軌道電磁炮為例子來進(jìn)行計算電源參數(shù)：出膛時候的軌道炮彈丸的速度為1800m/s，彈丸質(zhì)量為100g，彈丸在膛內(nèi)的加速時間不超過2ms。因此，在設(shè)計脈沖電源的過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮RLC串聯(lián)電路的個性特點及其工作原理，盡力提高充電的電壓和儲能電容器的電容值（可以采用并聯(lián)電容的辦法），從而減小回路中的電阻和回路中的電感，并盡力削弱電路中的分布電阻和雜散電感的影響，這樣便可以改善電源的儲能、電流峰值和電流陡度等關(guān)鍵參數(shù)，從而可達(dá)到提高電源電路系統(tǒng)的總體性能的目的。通過提高電容器的初始充電電壓U0，或者增加電容C的電容值大小，都可以使Im增大。以下對該RLC串聯(lián)放電電路進(jìn)行原理分析。電路圖中的二極管D的作用是用來組成電路中電容放電后的電路的續(xù)流回路。脈沖電源具有多重形式，比如：磁通壓縮式發(fā)電機、電容儲能式、增頻發(fā)電機、電感儲能式、高壓發(fā)電機，其中電容儲能放電式脈沖電源應(yīng)用較為廣泛，它的電路原理圖如下所示:圖21 電容儲能放電式脈沖電源的電路原理圖這種類型的脈沖電源系統(tǒng)中，通常電容是作為電源提供電能的儲能元件，這種元件儲存的能量基本上是以電能這種能量形式來實現(xiàn)。輸出占空比：10KH100KHz在10%100%以10%為級數(shù)逐級可調(diào)，200KHz、1MHz為50%的固定占空比。 電磁發(fā)射用脈沖電源的設(shè)計課題的研究意義由于脈沖電源擁有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，因此研制高效、高可靠性、輸出特性優(yōu)良、智能化的脈沖電源對工程應(yīng)用有重要的實際意義。在航空母艦上由于航空母艦上的甲板長度有限，為了縮短艦載飛機起飛的跑道和起飛時間，常常使用蒸汽式彈射器，這種彈射器的效率比較低、體積龐大而且成本很高。傳統(tǒng)的方法是采用增加裝甲鋼厚度，但這并不是很理想的方法，并沒有什么科技含金量。當(dāng)小彈丸被加速到50km/s的時候去沖擊核聚變?nèi)剂蠒r，就會引發(fā)熱核聚變，那么這將會使熱核聚變這種核能轉(zhuǎn)化變?yōu)榭煽刂频?。圖16 靜電除塵脈沖電源示意圖以脈沖電源設(shè)計的電磁發(fā)射的成本遠(yuǎn)比火箭推進(jìn)劑的成本低。因此與常規(guī)的直流電源供電除塵器相比，脈沖供電電源除塵器的除塵效果會更好。高壓脈沖放電廢水處理的研究重心主要集中在高等離子體生成法的優(yōu)化設(shè)計和壓脈沖電源的設(shè)計。李勁、李勝利兩人提出了高壓脈沖放電等離子體水處理技術(shù)。脈沖電暈等離子體法脫氮脫硫的技術(shù)在市場上具有很強的應(yīng)用前景，也是國內(nèi)外普遍關(guān)注的重點研究方向。(1)脈沖電暈等離子體法凈化工業(yè)廢氣利用等離子體脈沖電暈法使廢氣得以進(jìn)化是近十年剛剛興起的一項新技術(shù)，是目前各國環(huán)境污染治理方面新興技術(shù)方法的研究重點。目前這種方法在國內(nèi)市場上應(yīng)用比較多，其中大多數(shù)都是以獲得高度致密性同時具有一定的光潔度的鍍層為目的。脈沖電鍍可以高效地控制金屬電沉積，可以通過改變脈沖參數(shù)來改善電鍍層的物理性能和化學(xué)性能，從而不僅可以節(jié)省貴金屬的使用還可以獲得功能性鍍層。（4）無電解型。圖1圖14所示為山東工業(yè)大學(xué)研制的電火花精微加工式電源示意圖，與RC電源相比，其生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量要好很多。此電源的關(guān)鍵是通過采用限流電感這種電感不損耗能量，來替換限流電阻，從而達(dá)到節(jié)能。脈沖電源為電火花加工或電火花線切割提供擊穿加工介質(zhì)所需要的電壓和能量，并在間隙擊穿后提供能量以蝕除金屬，它是影響加工工藝指標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能的優(yōu)劣直接影響放電加工的速度、穩(wěn)定性、精度、工件表面粗糙度以及電極耐加工性。由于脈沖電源斷續(xù)供電的特性，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域包括:脈沖電鍍、工業(yè)廢氣處理、極性相和非極性相的相分離、高頻脈沖感應(yīng)加熱、脈沖電解污水處理、產(chǎn)生高功率帶電粒子束、高功率激光泵、靜電除塵、電弧焊接、臭氧制取和表面熱處理、電火花加工等。由于矩形波具有較好的可控性以及易操作性，所以以這種波形的應(yīng)用居多。南京理工大學(xué)在 1995 年建立了電熱化學(xué)炮的發(fā)射實驗室，通過采用模塊化結(jié)構(gòu)，以程序控制的方式，可以提供最大電流峰值為 50～300kA，脈寬為 ～3ms 的脈沖電流[16]。在采用新分子工程技術(shù)，并不斷生產(chǎn)工藝提高后，脈沖電容器儲能密度便得到了進(jìn)一步的提高，有利于實現(xiàn)脈沖電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的小型化與緊湊化。 的電容器建立了高效靈活的 LRC 脈沖成形電源結(jié)構(gòu)，儲能可以高達(dá) 50kJ，采用了半導(dǎo)體開關(guān)，峰值電流可以高達(dá) 50kA，而且整個電源系統(tǒng)可包含 200 個脈沖成形結(jié)構(gòu)[12]。電容儲能密度盡管比發(fā)電機低，但易于實現(xiàn)，操作起來比較簡單，而且有靈活的能源組成方案，可以以模塊化的方式聯(lián)合起來組成更大能量的儲能設(shè)備。目前用于電磁發(fā)射的形式主要有電磁線圈炮、電磁軌道炮、電熱炮、電熱化學(xué)炮等，他們的關(guān)鍵部分都是脈沖電源系統(tǒng)，特點都是工作電壓高，輸出脈沖功率高，輸出脈沖電流大。伴隨著新型的電力電子器件和適用于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn)，現(xiàn)代電源技術(shù)將在社會的實際需求的推動下快速發(fā)展。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。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?，F(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運輸、交通、能源、航天、航空、航運、信息、教育、國防、文化等領(lǐng)域。電源技術(shù)在社會發(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)對提高一個國家勞動生產(chǎn)率（Labor productivity）的能力，即提高一個國家的單位能耗的產(chǎn)出水平，具有非一般的作用。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、易控性以及高儲能密度，并且具有可移動性、緊湊性，因而脈沖功率系統(tǒng)放電效率、能量儲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。因而新一代的超高速電磁發(fā)射技術(shù)就產(chǎn)生了。帶電物體可以是彈丸、飛機、導(dǎo)彈、炮彈、衛(wèi)星、火箭等物體。主要完成的工作有：：介紹了毫秒級（精確到百微秒級）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，同時分析了各個元件在主電路中所起到的作用，同時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)。畢業(yè)設(shè)計(論文)設(shè)計(論文)題目： 電磁發(fā)射用脈沖電源的設(shè)計 所在學(xué)院： 自動化與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 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。本論文主要介紹了電磁發(fā)射仿真實驗中的脈沖電源系統(tǒng)的主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、特性，并運用saber電路仿真軟件對主電路進(jìn)行理論仿真。電磁發(fā)射技術(shù)的本質(zhì)原理是洛侖茲定律：當(dāng)電流流過磁場時，將會受到與電流、磁場均垂直的洛侖磁力，也就是物理學(xué)上的安培力，這個力會使得位于磁場中的帶電物體做加速運動。盡管常規(guī)的化學(xué)能武器相比于機械發(fā)射裝置，在儲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)不能滿足人類對發(fā)射能力（超高速和超高能量）的更高要求[1]