【正文】 ntvoltage halfbridge resonant power supply for capacitor ，Power Applieation，2006，5(3):343一347.[29]余艷青，王建業(yè)，2005，(2):59一63.致 謝在這里首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師梅磊老師。在這樣的前提和背景之下，電磁發(fā)射的能源提供方——脈沖電源的設(shè)計就顯得越來越重要。F，內(nèi)阻設(shè)成1m?；起始調(diào)波電抗L = 25μH；，共計2μH、 1m? 的集中負(fù)荷作為電阻；續(xù)流回路的二極管是理想二極管；開始的吸能電阻值為20m?；在電路下角加了接地；圖41 saber仿真的電路原理圖電容初始值電壓設(shè)置為5000V；開關(guān)SEQ的condition設(shè)置為on；至于運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)初始步長（Time Step）設(shè)置為1微秒，瞬態(tài)分析的終止時間（End Time）設(shè)置為10毫秒時顯示出來的圖是最合適，最容易觀察的。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。分段負(fù)荷隨開關(guān)的投入相應(yīng)進(jìn)入系統(tǒng)。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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(jī)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。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?。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。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)。(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。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。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。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。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。電容儲能密度盡管比發(fā)電機(jī)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。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。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。因而新一代的超高速電磁發(fā)射技術(shù)就產(chǎn)生了。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)。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(yùn)用saber電路仿真軟件對主電路進(jìn)行理論仿真。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]。隨著社會的高速發(fā)展，電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動了電源技術(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。顯而易見，電源技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)完全帶動了相關(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)展又推動了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，開關(guān)電源正朝著數(shù)字化、模塊化、高頻化、綠色化的方向發(fā)展。從儲能密度上來看，按現(xiàn)有器件極限的電氣強(qiáng)度來計算，電感、電容和發(fā)電機(jī)的最大儲能密度分別為 640 MJ/m7MJ/m3和135MJ/m3[6，7]。 MJ/m充電電壓為 16kV、能量為 250kJ 的單 PFS 模塊[10]，總的 PFS 模塊能量合計已經(jīng)高達(dá) 30MJ 的水平。如果按照脈沖波形分類，有梯形波、矩形波、鋸齒波、三角波等多種形式。l)電火花加工電火花加工就是利用熱能和電能對器件進(jìn)行加工的一門新工藝，主要包括電火花線切割加工和電火花成型加工兩個主要的組成部分，盡管兩個加工方法在表現(xiàn)形式上有所差別，但它們在原理上是基本相似的。此電源的關(guān)鍵是通過控制脈沖放電的能量，提升表面加工質(zhì)量。圖13 電火花加工示意圖圖14 精微加工脈沖電源原理示意圖2)脈沖電鍍電源傳統(tǒng)的電鍍電流一般采用直流電流，采用脈沖電鍍可以產(chǎn)生比直流電鍍更優(yōu)化的性能。主要表現(xiàn)在以下幾個方面[24]。 圖15 脈沖變壓器式脈沖電源(2)高壓脈沖放電廢水處理鑒于實現(xiàn)高能化用高電壓與絕緣技術(shù)比較容易實現(xiàn)，近年來將高電壓與絕緣技術(shù)用于處理比較難以處理工業(yè)污水的研究已經(jīng)激發(fā)了國內(nèi)外研究者們的很大的興趣。當(dāng)用脈沖電源供電時，除塵器上面的粉塵層的等效電容在脈沖施加期間內(nèi)僅僅會充上很少的電荷，在脈沖消失后所充電荷基本放完，所以除塵器的粉塵層上面不會因為積累電荷形成的高電壓而使粉塵造成反電暈現(xiàn)象。在許多領(lǐng)域內(nèi)要用到超高速運(yùn)動的物體，用來研究材料狀態(tài)方程等等，比如用超高速的彈丸模擬研究高速沖擊粒子對宇宙飛船材料的影響。3）航空彈射器中應(yīng)用。其中通常研制的脈沖電源的技術(shù)指標(biāo)為：輸出電壓：530V并且連續(xù)可調(diào)輸出電流：5A脈沖頻率：1KHz，5KHz、10KHz，20KHz，50KHz，100KHz，200KHz、500KHz、1MHz可選。字母L表示電源電路中的可變調(diào)波電感，其用來調(diào)節(jié)電流峰值和脈沖電流的前沿陡度。2）當(dāng)α=1時，電源電路正處于臨界阻尼的狀態(tài)，則： （）此時電流為非周期性脈沖電流，并且 () ()3）當(dāng)α1時，為過阻尼狀態(tài)： ()此時的電流為非周期性脈沖電流，其最高峰值和達(dá)到時間分別如下： () ()比較上述結(jié)果，我們可以通過歸納得出以下三點結(jié)論，即無論電路中的放電脈沖電流是非周期性的還是周期性的，它們的共同點均是：（1）脈沖電流的最高峰值Im與電容器儲能值W有一定關(guān)系。在這個過程中，給彈丸加速的力可以用對x的導(dǎo)數(shù)表示: ()式中，Ls定子驅(qū)動（驅(qū)動導(dǎo)軌或線圈）的電感；電源釋放的能量；Is定子驅(qū)動的電流；x炮管長度La電樞電流；M定子驅(qū)動和電樞相互之間的互感。(2)就電源電壓而言，不同的電磁武器的要求均不相同。本章主要對 脈沖電源系統(tǒng)的組成和理論仿真進(jìn)行了描述，提出了 PFS 單元中各功率元件的選擇依據(jù)，確定其參數(shù)，介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計方案及功能實現(xiàn)。另外至于脈沖電源中有半導(dǎo)體開關(guān)電源器件的驅(qū)動電路，要求它的觸發(fā)脈沖必須要有足夠大的脈沖幅值和脈沖寬度，從而保證開關(guān)電源器件導(dǎo)通的可靠性；觸發(fā)脈沖的下降沿和上升沿要有一定的短暫時期，來保證開關(guān)電源器件可以快速地導(dǎo)通；觸發(fā)脈沖的脈沖寬度應(yīng)該在單位時間長度內(nèi)可調(diào)并且連續(xù)，這樣可以使得電路有比較廣泛的適用范圍；而且分配到各個支路中的觸發(fā)脈沖，相互之間的誤差要很小，從而防止觸發(fā)電路引入延時誤差；電路的漏電流和絕緣等級也要達(dá)到一定的等級，在這樣的等級下，可以保證所有設(shè)備和開關(guān)器件能安全工作。相控整流電源是指采用晶閘管作為整流器件的電源，它的原理是讓交流電壓通過工頻變壓器實現(xiàn)降壓，然后再采用晶閘管對他整流，最后通過移相控制的手段來使輸出電壓保持穩(wěn)定，原理圖見下圖31。圖32 可調(diào)脈沖電源結(jié)構(gòu)示意圖單個模塊脈沖電源主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用電感電容（ LC ）串連網(wǎng)絡(luò)，放電開關(guān)使用場擊穿型瞬態(tài)抑制二極管（即TVS）。可是，因為電磁軌道炮的負(fù)載是低阻抗的，運(yùn)行時經(jīng)過續(xù)流二極管的電流很大，若回路阻尼可忽略，續(xù)流器件功率損耗變大，更易損壞。本課題中采用的放電開關(guān)是三電極空氣火花開關(guān)。其合成值仍為2μH。由于點3和點4間各存在充電（兼隔離）電阻R，雜散電容C趕不上由點1瞬時放電，擊穿二極管G2承受的電壓由開始的U0，突然升至2U0，則過電壓擊穿G2。其中設(shè)置的參數(shù)如下，電容量為 C=150100181。未來的一段時間內(nèi)，它仍將是各國研究的熱點之一。本文存在與此相關(guān)不足之處，有待于更進(jìn)一步的研究和探索。最后，對所有曾經(jīng)關(guān)注、幫助我，支持過我的人表示衷心的感謝，謝謝！