紧凑型脉冲电源若干问题的研究

摘要

随着大功率开关以及高储能密度电容器的发展,紧凑型脉冲电源得到了越来越广泛的应用。在某些特殊场合,紧凑型脉冲电源还将应用于真空环境。本文针对真空环境下应用的脉冲电源的可靠性进行深入研究。大电流下电动应力的形变,真空沿面绝缘特性在等离子体干扰下退化和脉冲电源对外的电磁干扰问题对其可靠使用带来了隐患,因此本文展开了对上述问题的分析与研究。
　　本文从影响紧凑型脉冲电源机械强度可靠性的电动应力与应变入手,采用基于有限元的传导电流场-磁场-结构场耦合仿真方式,分析了脉冲电源导电排上的应力与应变的分布。采用虚功原理求得导电金属排上的电动力的合力,并基于合力校验了连接相邻导电排的钢制螺栓的剪切强度以及拉伸强度。在绝缘可靠性方面,介绍了真空沿面绝缘方面的理论研究现状,总结了基于二次电子发射雪崩理论的等离子体干扰下沿面闪络电压计算过程。通过大量基础性实验,研究了等离子体火花干扰中脉宽、电流峰值等对真空沿面绝缘性能的影响。设计了一系列隔绝等离子体干扰的金属电极屏蔽罩,并通过实验验证了特定结构的聚四氟乙烯材料屏蔽罩具有可靠的屏蔽效果。对于脉冲电源的电磁兼容性能,由于主放电回路与框架导体之间存在电感性耦合和电容性耦合,利用有限元仿真计算了框架上电感性耦合的电流,并实验测量了脉冲电源框架上感应电压以及感应电流的分布。针对真空环境的使用条件,设计并开展了浮地下脉冲电源的功能性实验,得出了脉冲电源可以在不接大地条件下正常使用的结论,并分析了实验中各器件上表现出的特殊电压波形的成因。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 真空沿面绝缘的研究现状

1.2.1 真空沿面绝缘研究历史

1.2.2 真空沿面绝缘研究现状

1.3 脉冲功率电源电磁兼容研究现状

1.3.1 瞬态电磁干扰研究现状

1.3.2 脉冲功率电源电磁兼容研究现状

1.4 论文研究内容及章节安排

2 脉冲电源导电排的电动应力仿真研究

2.1 基于耦合分析的应力与应变仿真原理

2.2 脉冲电源电应力仿真分析

2.2.1 脉冲电源连接排电应力仿真

2.2.2 脉冲电源连接排固定螺栓强度的校验

2.3 本章小结

3 等离子体激发沿面闪络的研究

3.1 真空沿面闪络机理

3.1.1 二次电子发射雪崩理论

3.1.2 电子触发的极化松弛理论

3.1.3 对于两种模型的比较

3.1.4 闪络电压理论计算

3.2 等离子体干扰防护的实验研究

3.2.1 等离子体激发沿面闪络测试平台

3.2.2 等离子体源参数的选取

3.2.3 绝缘材料包裹金属电极的抑制效果

3.2.4 绝缘屏蔽盒的抑制效果

3.3 本章小结

4 脉冲电源电磁兼容性的研究

4.1 脉冲电源对外电磁干扰

4.1.1 放电瞬间的瞬态磁场仿真计算

4.1.2 放电瞬间框架感应电压与感应电流的实验研究

4.2 脉冲电源浮地条件下的测试与分析

4.2.1 浮地下脉冲电源的功能性测试

4.2.2 浮地情况下电源器件的端电压变化与分析

4.3 本章小结

5 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献