脉冲强磁场系统中24脉波整流器电源运行方式设计与优化

摘要

脉冲发电机电源具有可控性好，储能密度大的优点，在重复磁场、阶梯磁场、平顶磁场和高强度脉冲磁场研究中都有重要应用，是一种重要的脉冲电源。为提高脉冲发电机电源系统供电性能，满足更高场强实验需求，本文从脉冲发电机电源系统运行方式、24脉波整流器逆变控制策略优化以及多功能监控系统设计方面进行深入研究。 在脉冲发电机电源系统运行方式研究方面，分析了电源负载性质及负载电流的电枢反应，并提出强励控制环节，使发电机输出电压维持稳定。设置去励磁信号，减小故障后发电机输出电压，提高电源系统安全性。在设计合理放电电路及放电时序的基础上，实现脉冲发电机型电源和蓄电池组的串联供电，提高了磁体供电电压。 针对脉冲发电机型电源容易出现逆变失败的问题，本文首先结合电源系统自身特点分析了逆变失败的主要原因。然后建立脉冲发电机整流器系统模型，深入分析换相交叠对逆变失败的影响，并推导出逆变的安全运行区。另外，文章还分析电源系统由整流过渡到逆变时系统各状态量间的影响，得出推逆变速度对逆变失败的影响。最后，根据前文分析得出的结论，提出合适的逆变触发角整定值和逆变过渡方式。 在设计多功能远程监控系统方面，考虑实验对电源系统多种工作模式的需要，远程监控系统采用总控加分控的控制模式。利用OPC技术和Profibus_DP现场总线技术实现由上位机、总控柜和分控柜之间的三级通讯。设计了上位机人机界面、系统控制程序和相应的保护功能，实现了对脉冲发电机电源的参数设置、励磁、放电、跳闸续流等功能的远程控制及现场状态实时监控。 最后，在MATLAB/Simulink中对逆变控制策略及多功能控制程序进行仿真验证，并运用所设计运行方式和逆变控制策略实现电源系统对100T磁体外线圈的放电实验、整流器和蓄电池组串联供电实验、磁体负载短路实验，证实设计的运行方式、逆变控制策略及远程监控系统的可行性。

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