脈沖強(qiáng)磁場電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringDesignandRealizationofPulsePowerSupplySystemforPulsedHighMagneticFieldCandidate:JiangChengxiMajor:PowerSystemandItsAutomationSupervisor:Prof.PanYuanProf.DingHongfaHuazhongUniversityofSc

2、ience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay29,2013獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授

3、權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密□。（請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打―√‖）學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要強(qiáng)磁場作為一種基礎(chǔ)研究的重要極端條件，在凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等研究領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。作為獲得高場強(qiáng)磁場有效方法的脈沖強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置，在全世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注和大力發(fā)展。脈沖強(qiáng)磁場電源為脈沖強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置提供能量，并影響磁場的強(qiáng)度、波形和質(zhì)量，是裝置的關(guān)鍵和核心部件。本文根據(jù)各類脈

4、沖強(qiáng)磁場電源的特點(diǎn)和優(yōu)劣，并結(jié)合華中科技大學(xué)國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心（籌）現(xiàn)有條件和規(guī)劃，選擇電容器型電源與脈沖發(fā)電機(jī)型電源作為脈沖強(qiáng)磁場裝置的能量來源，重點(diǎn)研究了這兩種脈沖強(qiáng)磁場電源系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。針對磁體供電要求，以及電容器型電源單模塊和多模塊并聯(lián)兩種工作狀態(tài)，分析了電容器型電源主要參數(shù)對磁場強(qiáng)度、波形的影響，并提出了12.6MJ/25kV電容器型電源系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；根據(jù)電容器型電源模塊可靠性及穩(wěn)定運(yùn)行的要求，確定各組成部分的功能及其參數(shù)要求，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了脈沖電容器及阻尼電感、放電開關(guān)及保護(hù)電感、續(xù)流二極管及續(xù)流電阻、極性轉(zhuǎn)換開關(guān)等主要元件的實(shí)現(xiàn)方案。在電容

5、器型電源系統(tǒng)研制過程中，對該電源系統(tǒng)的主要元件和整個(gè)系統(tǒng)的性能和參數(shù)進(jìn)行了測試和分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性，并通過對模塊阻抗的測試，建立了精確的電容器型電源模塊模型，為后續(xù)分析奠定模型基礎(chǔ)；針對電容器型電源放電瞬間因線路寄生參數(shù)引起的瞬態(tài)過電壓問題，分析了引起瞬態(tài)過電壓的具體因素，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的阻容吸收支路，實(shí)驗(yàn)表明該阻容吸收支路能有效抑制瞬態(tài)過電壓幅值。在脈沖發(fā)電機(jī)型電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，分析了現(xiàn)有的100MVA/185MJ脈沖發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和磁體需求，優(yōu)化了脈沖整流器系統(tǒng)的直流側(cè)參數(shù)，提出了135MVA脈沖整流器系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案；根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)提出了由晶閘管開關(guān)和機(jī)械開關(guān)并

6、聯(lián)組成的Crowbar支路作為直流側(cè)故障保護(hù)方案；以規(guī)劃50T/100ms磁體作為負(fù)載，仿真分析了脈沖發(fā)電機(jī)型電源系統(tǒng)的整體工作情況，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的可行性。在脈沖發(fā)電機(jī)型電源系統(tǒng)紋波分析及控制策略研究方面，分析了單線圈和雙線圈磁體的供電方式和影響平頂磁場紋波的主要因素，以磁場紋波最小化為目標(biāo)，提出了交流電壓，出口電抗器，線路阻抗等參數(shù)的系統(tǒng)配置原則；針對雙線圈磁體等效電路，提出了全電流平頂、無電流平頂、半電流平頂三種控制策略，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了無電流平頂控制策略的有效性；針對階梯波單線圈磁體，分析了在串聯(lián)12脈波與串聯(lián)24脈波整流器兩種拓?fù)?/p>

7、電路下，兩個(gè)整流器觸發(fā)角不對I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文稱運(yùn)行方式時(shí)產(chǎn)生的磁場紋波，并給出了紋波最小要求下的最優(yōu)觸發(fā)角分配曲線。關(guān)鍵詞：脈沖電源脈沖強(qiáng)磁場脈沖電容器脈沖發(fā)電機(jī)晶閘管開關(guān)晶閘管相控整流器雙線圈磁體II華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractThehighmagneticfieldisoneoftheimportantandbasicresearchtoolsincondensedmatterphysics,materialsscienceandotherresearchareas.Therefore,thepuls