【正文】 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。其中設(shè)置的參數(shù)如下，電容量為 C=150100181。其合成值仍為2μH?？墒牵?yàn)殡姶跑壍琅诘呢?fù)載是低阻抗的，運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)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。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(guò)工頻變壓器實(shí)現(xiàn)降壓，然后再采用晶閘管對(duì)他整流，最后通過(guò)移相控制的手段來(lái)使輸出電壓保持穩(wěn)定，原理圖見(jiàn)下圖31。本章主要對(duì) 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(jì)方案及功能實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)過(guò)程中，給彈丸加速的力可以用對(duì)x的導(dǎo)數(shù)表示: ()式中，Ls定子驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌或線圈）的電感；電源釋放的能量；Is定子驅(qū)動(dòng)的電流；x炮管長(zhǎng)度La電樞電流；M定子驅(qū)動(dòng)和電樞相互之間的互感。字母L表示電源電路中的可變調(diào)波電感，其用來(lái)調(diào)節(jié)電流峰值和脈沖電流的前沿陡度。3）航空彈射器中應(yīng)用。當(dāng)用脈沖電源供電時(shí)，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(huì)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(huì)因?yàn)榉e累電荷形成的高電壓而使粉塵造成反電暈現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[24]。此電源的關(guān)鍵是通過(guò)控制脈沖放電的能量，提升表面加工質(zhì)量。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。從儲(chǔ)能密度上來(lái)看，按現(xiàn)有器件極限的電氣強(qiáng)度來(lái)計(jì)算，電感、電容和發(fā)電機(jī)的最大儲(chǔ)能密度分別為 640 MJ/m7MJ/m3和135MJ/m3[6，7]。顯而易見(jiàn)，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(guò)來(lái)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。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]。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(guò)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)。電源技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中扮演了越來(lái)越重要的角色，無(wú)論是日常生活還是最尖端的科學(xué)都離不開(kāi)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(guó)家勞動(dòng)生產(chǎn)率（Labor productivity）的能力，即提高一個(gè)國(guó)家的單位能耗的產(chǎn)出水平，具有非一般的作用。伴隨著新型的電力電子器件和適用于更高開(kāi)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(huì)的實(shí)際需求的推動(dòng)下快速發(fā)展。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(chǔ)能密度便得到了進(jìn)一步的提高，有利于實(shí)現(xiàn)脈沖電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的小型化與緊湊化。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。脈沖電鍍可以高效地控制金屬電沉積，可以通過(guò)改變脈沖參數(shù)來(lái)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。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)。當(dāng)小彈丸被加速到50km/s的時(shí)候去沖擊核聚變?nèi)剂蠒r(shí)，就會(huì)引發(fā)熱核聚變，那么這將會(huì)使熱核聚變這種核能轉(zhuǎn)化變?yōu)榭煽刂频?。輸出占空比?0KH100KHz在10%100%以10%為級(jí)數(shù)逐級(jí)可調(diào)，200KHz、1MHz為50%的固定占空比。通過(guò)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。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。本章通過(guò)介紹了電源電路的等效模型、電磁發(fā)射對(duì)脈沖電源的要求、本文采用的脈沖電源的形式來(lái)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(shí)現(xiàn)方式歸結(jié)起來(lái)有三種。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(shí)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。多PFS模塊脈沖電源系統(tǒng)的研究主要為了滿足實(shí)驗(yàn)室電磁軌道發(fā)射試驗(yàn)的要求，注重各模塊的穩(wěn)定性，脈沖電源系統(tǒng)整體實(shí)驗(yàn)中采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、技術(shù)比較成熟的三電極觸發(fā)空氣火花開(kāi)關(guān)替代TVS，以防止一些不可控因素對(duì)輸出波形的影響，對(duì)有限且昂貴的軌道和電樞及回路中的功率元件造成破壞。G2被擊穿后，點(diǎn)3電位由U0降至U0，點(diǎn)4電位驟然降到2U0，而點(diǎn)5電位保持為U0，G3被3U0的過(guò)電壓擊穿。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(jì)就顯得越來(lái)越重要。另外，我謹(jǐn)以此論文獻(xiàn)給我的父母及家人，對(duì)他們養(yǎng)育我二十幾年表示深深的謝意。與此同時(shí)，世界上各個(gè)國(guó)家在電磁發(fā)射上面投入越來(lái)越多的資金，逐漸把電磁發(fā)射放在軍事發(fā)射領(lǐng)域中的重心地位，因而電磁發(fā)射在相關(guān)領(lǐng)域所占用的市場(chǎng)份額也越來(lái)越大。當(dāng)外觸發(fā)G1時(shí)，點(diǎn)1電位瞬間地從U0降至零，由于電容器兩端電位差不能瞬間變化，點(diǎn)2處的電位由原來(lái)的0，瞬間降到U0。H。由單片機(jī)控制的脈沖信號(hào)經(jīng)一定的功率放大驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)器件對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行斬波控制，從而完成脈沖電壓的輸出。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，脈沖電源的設(shè)計(jì)的要求就被無(wú)形中提高了，脈沖電源被要求能夠儲(chǔ)存很大的電能量，并且可以比較精確地控制短期內(nèi)的放電過(guò)程，電源中的器件要具有承受大電流而且耐受高電壓的性能，與此同時(shí)由于實(shí)際作戰(zhàn)過(guò)程的特殊需要，還要求電源具有支持持續(xù)不間斷地發(fā)射彈丸的能力。對(duì)應(yīng)用于電磁軌道炮的脈沖電源，一般對(duì)其有如下的額外要求[2l；(l)通常的軌道電磁炮要求電流大小要達(dá)到100KA1MA。其中振蕩電流的最高峰值Im為： （） （）Im的達(dá)到時(shí)間tm為： （）式中，W=U02C——電容器C的儲(chǔ)存能量。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)對(duì)脈沖電源的研究與應(yīng)用多數(shù)集中在高壓、高頻、智能化等方面，已經(jīng)取得了一定的理論研究成果和很好的實(shí)際操作應(yīng)用價(jià)值，本文在參考了幾篇相關(guān)脈沖電源設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，計(jì)劃嘗試一下在脈沖電源的高效、高頻、智能化方面，主要是為了盡量地提高脈沖電源的頻率、效率，從而提高電源的可操作性。1）科研中的應(yīng)用。脈沖電暈等離子體法脫硫脫氮技術(shù)的主要研究重點(diǎn)是如何研制高壓窄脈沖電源、如何使反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、如何脫硫脫氮、如何理解等離子體化學(xué)反應(yīng)機(jī)理以及如何選取添加劑等。國(guó)外的一些公司諸如三菱電機(jī)公司，沙迪克公司都研制過(guò)此類電源。下面我們來(lái)介紹一下脈沖電源的幾種基本的典型應(yīng)用。韓國(guó)于2000年建立了300kJ的脈沖電源模塊，充電電壓為22kV，電流卻高達(dá)150kA[14]，每個(gè)300kJ的模塊結(jié)構(gòu)采用了并聯(lián)的6個(gè)50kJ/22kV的高壓電容器，同時(shí)采用觸發(fā)真空開(kāi)關(guān)作為關(guān)合開(kāi)關(guān)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換[15]，整個(gè)系統(tǒng)由八個(gè)模塊組成，總儲(chǔ)能為 。高頻開(kāi)關(guān)電源器件的高科技術(shù)是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(如：高頻率的加熱電源、高溫逆變焊機(jī)、高壓電力操作電源、移動(dòng)通訊電源、高溫激光器電源等)的核心技術(shù)?，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。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(wèn)題。電磁軌道炮是通過(guò)電磁力的推進(jìn)來(lái)發(fā)射的，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)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]。電源例如有中頻感應(yīng)加熱電源，穩(wěn)壓線性電源、DC/DC開(kāi)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(kāi)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。就從目前的研究進(jìn)展來(lái)看，國(guó)外的研究重點(diǎn)主要放在電容器組儲(chǔ)能單極發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償交流脈沖發(fā)電機(jī)和脈沖電源等方面。追究其本質(zhì)，脈沖電源實(shí)質(zhì)上是一種通斷的直流電源，它的基本工作原理是：首先經(jīng)過(guò)慢性儲(chǔ)能，使初級(jí)能源充有足夠的能量，然后向中間儲(chǔ)能和脈沖成形結(jié)構(gòu)放電(或注入能量)，初級(jí)能量經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、壓縮形成脈沖等各種過(guò)程之后，于是形成了脈沖電源。國(guó)外三菱公司推出了FS超精加工型配以專用的電極絲，可以加工微細(xì)表面，沙迪克公司的精加工的SQ電源，則可加工鏡面。這類脈沖電源常見(jiàn)的形式結(jié)構(gòu)有脈沖變壓器式電源、磁壓縮式電源和空心變壓器(Tesla)諧振充電式電源。此外，對(duì)于不同的電阻率的粉塵，可以采取改變直流電流的基壓、電壓脈沖頻率以及占空比，使得達(dá)到更好的除去灰塵的效果。重接式彈射器的能量轉(zhuǎn)化效率比這種老式的彈射器可以提高十幾倍，系統(tǒng)的質(zhì)量可以減到5%左右，對(duì)彈射器的發(fā)展具有重大意義，在3s內(nèi)使得一架36t的戰(zhàn)斗機(jī)以227km/h的速度彈射出去。電樞和彈丸在電路中多數(shù)情況下是以負(fù)載的方式存在，其通過(guò)吸收被電容所儲(chǔ)存的電能，同時(shí)將它轉(zhuǎn)化成為本身的機(jī)械能，從而使彈丸得以加速以及發(fā)射?？梢约偈刮淦靼l(fā)射時(shí)，彈丸在炮膛內(nèi)作勻加速運(yùn)動(dòng)，則有： ()式中的是彈丸在出膛時(shí)候的速度，是彈丸的初始速度。這兩個(gè)條件，在簡(jiǎn)單的單級(jí)軌道炮中都難以實(shí)現(xiàn)，于是考慮采用多級(jí)儲(chǔ)能饋電方式，以便獲得近似恒定的總電流。相控整流電源的有著一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)它的電路簡(jiǎn)單，控制起來(lái)方便，它缺點(diǎn)主要是由于使用工頻變壓器，電源的體積重量相對(duì)較大，同時(shí)，相控電源的直流輸出有電壓紋波頻率，電壓紋波的頻率約為工頻的幾倍，一般采用較大的濾波器來(lái)濾波優(yōu)化。選取電阻值要考慮兩點(diǎn)，阻值過(guò)小，硅堆無(wú)法保護(hù)；反之，阻值過(guò)大，電容器支路的上電流增大，脈沖電容器上充電電壓上升，會(huì)損壞電容器，故要綜合兩方面因素考慮。圖36 多模塊脈沖電源主電路結(jié)構(gòu)示意圖總結(jié)一下已知條件：電容器：15000μF，5kV，1m?；調(diào)波電感：20μH；吸能電阻：20m?；負(fù)載電抗有四段。圖42 運(yùn)行時(shí)間、步長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定示意圖通過(guò)對(duì)單模塊的saber仿真，我們得出脈沖電流的波形圖43 電路原理圖中脈沖電流波形圖圖44 脈沖電流波形圖從圖中我們可以看出，脈沖電流達(dá)到峰值僅需600微秒左右，基本上可以滿足電磁發(fā)射對(duì)脈沖電流的需求。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，從開(kāi)始的選題，對(duì)課題的研究方向的理解以及如何入手、查詢哪些相關(guān)文獻(xiàn)，到開(kāi)題報(bào)告的制定以及修改，再到后期的研究中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決，都給予了我很大的幫助，每次梅老師的耐心指導(dǎo)和講解都使我受益良多，感慨萬(wàn)分。本文只是完成了脈沖電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的單模塊的設(shè)計(jì)以及仿真，其支路電壓電流波形只是基本完成電磁發(fā)射技術(shù)的要求，對(duì)于多模塊串聯(lián)結(jié)構(gòu)和Marx發(fā)生器的仿真只是基本介紹和理論分析，并未做具體的仿真和實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于里面可能出現(xiàn)一些其他未知問(wèn)題也不得而知?，F(xiàn)在聯(lián)系單模塊仿真，比較不同的吸能電感量L與電阻值R下的放電波形來(lái)計(jì)算L和R。將六個(gè)模塊連接形成六模塊系統(tǒng)。為了保留一定裕量，以及方便今后系統(tǒng)的擴(kuò)能，避免重復(fù)設(shè)計(jì)，實(shí)際電容的總?cè)葜等?00mF，由10組容值為10