【正文】 歐陽老師在我對畢業(yè)設(shè)計一無所知的情況下，對我進行整體方向上的指導(dǎo)和幫助；鄧?yán)蠋熢谖覍aber仿真軟件一竅不通的時候，給了我很多幫助，讓我對畢業(yè)設(shè)計增加了很多信心。（3）介紹了脈沖電源的總體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡述了主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中單個模塊的結(jié)構(gòu)圖以及其中的各個參數(shù)的選擇，同時介紹了多模塊串聯(lián)結(jié)構(gòu)和Marx發(fā)生器結(jié)合開關(guān)管的情況。圖45為線n_01的電流波形圖圖45 線n_01的電流波形圖圖46為25u電感左節(jié)點處的電流波形圖圖46 下圖為25u電感左節(jié)點處的電流波形圖圖47為線n_02的電壓波形圖圖47 線n_02的電壓波形圖圖48為線n_02的電流波形圖圖48線n_02的電流波形圖圖49為2u電感上點處的電流波形圖圖49 2u電感上點處的電流波形圖由于八模塊仿真和Marx發(fā)生器的過程和內(nèi)容與單模塊極為類似，只是電壓和電流的數(shù)值更大一些，故在此不多做仿真過程詳細(xì)闡述。本章通過對脈沖電源的總體結(jié)構(gòu)、單模塊結(jié)構(gòu)、各元器件的參數(shù)選擇、多模塊結(jié)構(gòu)和Marx發(fā)生器的介紹來理解脈沖電源不同層次的結(jié)構(gòu)形式。 圖37 Marx發(fā)生器T變壓器；D整流管；R0保護電阻；R充電電阻；C0主電容器；r阻尼電阻；擊穿二極管在圖中未用字母標(biāo)出；圖中只畫了4個模塊串聯(lián)。圖35 多模塊PFS理想模型對于上圖中n個模塊組成的PFS，設(shè)K1閉合于t1＝0 ，K2閉合于t2，……，Kn閉合于tn，多模塊放電電路方程如下：當(dāng) Uc≥0 時， （）當(dāng) Uc≤0 時， （）本節(jié)講述的理想模型主要在基本電路狀態(tài)的分析中用到，針對只在意脈沖電源輸出的特性，無關(guān)其內(nèi)部過程的情況。脈沖功率源對脈沖電感的大體要求是：低損耗、小體積、高能量密度、對外界的電磁干擾小且有準(zhǔn)確的電感值。因為電磁軌道炮的能量轉(zhuǎn)換效率大概是20%[1]，所以電容器的總存儲能量應(yīng)在640kJ以上。它的重量輕、體積小、效率高，同時電路復(fù)雜，技術(shù)要求高。逆變方式利用IGBT將直流電流變換成一定頻率的脈沖電流，結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，但是其體積、重量相對較小，效率略高，缺點是此脈沖的幅值，頻率和占空比很難調(diào)節(jié)。因此我們可以采用N個脈沖形成結(jié)構(gòu)進行并聯(lián)或者串聯(lián)形成統(tǒng)一的脈沖效果，鑒于在把N個脈沖形成結(jié)構(gòu)并聯(lián)時，需要對開關(guān)管有比較苛刻的要求，需要在毫秒甚至微秒級的時間內(nèi)進行關(guān)斷，比較難以控制。此外，由于武器系統(tǒng)在實際使用中的特殊性，對電源還有另外的要求，比如要求具有放電頻率很快、儲能密度很高、機動非常靈活等特點。根據(jù)物理學(xué)公式： ()。適當(dāng)提高電壓值，或盡量減小電感值L，都可以增加脈沖電流的陡度。其中，電容器C被要求是無電感或低電感的電容器，L為線路、電容器、負(fù)載、開關(guān)等固有電感的電感的和，通常情況下,會選擇純阻性的線性負(fù)載作為電路中的負(fù)載，將這些器件串聯(lián)后構(gòu)成的工作電路，這樣就可以等效成為一個RLC放電回路。第二章 脈沖電源的原理脈沖電源本質(zhì)上就是使脈沖功率能量壓縮的電氣裝置，其中高功率脈沖電源應(yīng)用范圍很廣，比如電磁武器中所使用的脈沖電源就是這一種，這種電源通常能夠在109一103s的短暫時間內(nèi)不間斷地產(chǎn)生1109J的能量或者更大的能量。電磁發(fā)射用脈沖電源的設(shè)計的意義和應(yīng)用潛力現(xiàn)在尚很難估計，在各類國防武器、科學(xué)試驗、航天和航空領(lǐng)域內(nèi)有極其廣泛和深遠的應(yīng)用前景[9]。伴隨著各種反坦克武器的出現(xiàn)，坦克裝甲的防護要求也越來越高。就目前而言，無論是歐美還是國內(nèi)，靜電電除塵脈沖電源主要都采取在直流電流基礎(chǔ)電壓上迭加脈沖電壓的研究方法，如圖16所示，這種電源方案設(shè)計要求利用兩臺變壓器組成兩套電源，兩套電源中一套用于產(chǎn)生直流基壓脈，另一套用語產(chǎn)生脈沖電壓，因此這兩套電源的控制系統(tǒng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價格比較昂貴，所以這些方面在一定程度上限制了它的推廣應(yīng)用。所以，與以前的臭氧凈水方法相比較而言，高壓脈沖等離子體水處理顯然具有更好的市場應(yīng)用前景。從國內(nèi)外目前的研究情況來看，可以利用納秒級高壓脈沖電暈放電產(chǎn)生等離子體化學(xué)技術(shù)凈化的廢氣有:二氧化硫、氮氧化物（NOx）、甲苯（C6H5CH3）、二甲苯、二氯甲烷（CH2Cl2）、己醇(C6H13OH)等。疊加性的直流脈沖主要是在直流基波的基礎(chǔ)上疊加了方波脈沖。智能化的高頻脈沖是根據(jù)加工的狀態(tài)，自動選擇最佳脈沖參數(shù)的一類電源，與傳統(tǒng)的等能量或等頻域的脈沖信號電源相比，大大提高了自動化程度，加工過程一直處于優(yōu)化狀態(tài)，使加工狀態(tài)穩(wěn)定持續(xù)。其研究趨勢主要有以下幾方面的[20，21，22，23]；（1）節(jié)能型無限流電阻式。鑒于開關(guān)器件對改善電路的性能，降低電路損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要的作用，隨著GTO、功率MOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT等自關(guān)斷全控型開關(guān)器件的標(biāo)準(zhǔn)模塊化、復(fù)合化、功率集成化、智能化，脈沖電源各方面的性能都得以提高。中國科學(xué)院流體物理研究所也在 1991 年建立了目前國內(nèi)第一臺口徑為 23mm 液體工質(zhì)的電熱化學(xué)發(fā)射實驗儀器裝置，電源總儲能為 1MJ，可以使 32g 彈丸加速到 1900m/s。西方國家中，美國已經(jīng)陸續(xù)地展示了主要用于不同的作戰(zhàn)任務(wù)的脈沖電源演示系統(tǒng)[10，11]，其使用的就是電容儲能的脈沖形成結(jié)構(gòu)。就整個世界而言，現(xiàn)在至少有十幾個國家在從事電磁發(fā)射的研究，美國和俄羅斯處于較領(lǐng)先的地位[4，5]。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。電源設(shè)備是用來實現(xiàn)變換電能和傳遞功率，是一種技術(shù)含量很高、知識面很寬、更新?lián)Q代很快的產(chǎn)品。軌道炮的負(fù)載是低阻抗的負(fù)載，雖然它對電壓的要求不高，但是對電流要求卻比較苛刻，固體電樞軌道炮的理想最佳驅(qū)動電流是梯形脈沖電流，其峰值要求幾百 kA 至 MA，峰值上升時間比較短，峰值持續(xù)時間達到毫秒量級。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。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。帶電物體可以是彈丸、飛機、導(dǎo)彈、炮彈、衛(wèi)星、火箭等物體。要使電磁軌道發(fā)射技術(shù)的使用階段進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?，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。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。 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 50kJ，采用了半導(dǎo)體開關(guān)，峰值電流可以高達 50kA，而且整個電源系統(tǒng)可包含 200 個脈沖成形結(jié)構(gòu)[12]。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]。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。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，從而達到節(jié)能。（4）無電解型。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。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。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)射的成本遠比火箭推進劑的成本低。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。 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。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)。以下對該RLC串聯(lián)放電電路進行原理分析。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)，從而可達到提高電源電路系統(tǒng)的總體性能的目的。根據(jù)運動學(xué)上的牛頓第二定律： ()。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。因而我們采用N個脈沖形成結(jié)構(gòu)進行串聯(lián)的方式。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]。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。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: