螺線管式超導常導混合脈沖變壓器的設(shè)計與實驗研究.pdf

1、脈沖功率技術(shù)作為一門新興學科不僅在國防科研和高新技術(shù)領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用，還越來越多地用于工業(yè)和民用部門，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。超導儲能脈沖功率技術(shù)是超導技術(shù)和脈沖功率技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新技術(shù)，利用超導電感儲能不僅可以實現(xiàn)能量的高密度存儲，還具有儲能時間長，無損耗，體積小，重量輕等優(yōu)勢，這對實現(xiàn)小型化、實用化和集成化等未來發(fā)展要求具有重要的研究意義。
　　 作為超導儲能脈沖功率系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一，超導脈沖變壓器能夠減少超導儲

2、能磁體的并聯(lián)模塊數(shù)量，提升脈沖電流峰值，對降低系統(tǒng)規(guī)模和成本起到很重要的作用。本文在理論分析和仿真建模的基礎(chǔ)上，研制了一臺螺線管式超導常導混合脈沖變壓器，并分別闡述了環(huán)氧樹脂骨架、副邊常導繞組、原邊超導繞組和電流引線的具體設(shè)計過程。在超導常導脈沖變壓器靜態(tài)參數(shù)測量基礎(chǔ)上，本課題組利用實驗室現(xiàn)有條件完成了脈沖變壓器動態(tài)性能測試，脈沖沖擊測試結(jié)果有效地驗證了超導常導混合脈沖變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計和脈沖放電電路的可行性。接著，在分析傳統(tǒng)放電模式斷路開

3、關(guān)動作瞬間電壓高、電流變化率慢、系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率低等缺陷基礎(chǔ)上，本課題組提出了三種中間轉(zhuǎn)換電路，包括線性電阻、非線性電阻和電容轉(zhuǎn)換電路。通過仿真和實驗研究，三種中間轉(zhuǎn)換電路均能有效抑制斷路開關(guān)動作瞬間產(chǎn)生的高電壓和提升整個脈沖功率系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
　　 最后，針對超導常導混合脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)特點，本課題組提出了兩種基于超導常導混合脈沖變壓器的自耦式脈沖功率電源模式:利用電容器轉(zhuǎn)換的自耦式脈沖功率電源模式和基于非線性電阻的自耦

4、式脈沖功率電源模式。仿真和實驗結(jié)果表明，兩種基于超導常導混合脈沖變壓器的放電模式是可行的，不僅能產(chǎn)生高峰值的脈沖電流，還能降低斷路開關(guān)的耐壓要求、大幅提升能量轉(zhuǎn)換效率。此外，在超導儲能脈沖功率系統(tǒng)具體運行過程中，超導常導混合脈沖變壓器作為關(guān)鍵器件實現(xiàn)了完整意義上的儲能-放電一體化，具有體積小、損耗低、效率高和斷路開關(guān)要求低等特點，符合脈沖電源裝置小型化、集成化和實用化的發(fā)展趨勢，為今后實現(xiàn)大電流等級的超導儲能脈沖功率系統(tǒng)奠定了有效的理論