电容换流式储能电容器充电电源的分析

本文对电容换流式储能电容器充电线路进行了理论分析,计算了线路的各种参数,可供作电源设计的依据。     

关于低压火花放电特性的一些研究

本文从理论和实验两方面,对低压火花放电特性作一些探讨。采用Laplace变换法,分析了线路在引燃、充电和放电三个过程中的过渡过程;探讨了火花与电弧互相转换的条件,以及线路参数对谱线光强的影响。从而对低压火花放电特性有一个较全面的、概略的认识。     

低抖动Marx发生器设计与实验

提出并设计了一种Marx发生器线路,将电路模拟和实验验证结果与传统的Marx线路进行了比较,结果表明,所设计的线路通过保证Marx后级开关上的过电压幅值,来保证开关可靠击穿并减小开关自击穿所需时间,从而减小Marx发生器的抖动和增大工作范围。在此线路基础上,设计了一种用于直线感应加速器脉冲功率系统的Marx发生器,该发生器采用正负双极性直流充电,使用低抖动的场畸变火花隙开关作为脉冲形成开关,最大储能16.87 kJ,最高输出电压450 kV,在一定工作状态下可以达到亚纳秒级的时间抖动。     

MV级Marx发生器恒流充电过程分析

设计了一种输出电压为4 MV的超前触发型Marx发生器,为了进一步优化采用电阻充电的Marx发生器输出特性,提高系统的充电效率并且减小级间充电电压不均匀性,对Marx发生器恒流充电过程进行了解析求解。结果表明:各级间充电电压差为与充电电阻、电容和充电速率成正比,与时间无关的定值,充电时间越长电压效率越高,且与电压变化率无关 。该结论具有普遍适用性。结合我们设计的4 MV超前触发型Marx发生器回路,利用PSpice对Marx发生器的恒流充电过程进行了模拟,得到了自洽的结果,并且与恒压充电进行了对比。当充电电阻为10 k,各级电容为400 nF,充电速率为10 kV/s时,恒流充电能量效率达到90%,约为恒压充电能量效率的2倍,充电时间为恒压充电的1/3。     

150kV脉冲X射线测试系统

基于Marx发生器原理设计了150kV脉冲X射线测试系统,该系统采用正负极充电的双边Marx发生器线路,Marx发生器设计为15级同轴结构,采用紧凑低电感设计来获得窄脉冲的输出。实验结果表明,X光机设计合理,获得了窄脉宽、高幅度的高压脉冲输出:在充电电压为20kV的情况下,X射线管电压150kV;X射线脉宽约60ns;25cm处剂量约7.8×10-6 C/kg;焦斑直径2.5mm。搭配计算机X射线摄影系统,成像面积可达30cm×40cm,分辨力大于1lp/mm,可以满足一般低能闪光照相的需要。     

相变材料用量对充电模块最高温度和充电时间的影响分析

掌握充电模块最高温度和充电时间是避免充电桩发生火灾的关键。为了探究相变材料(PCM)用量对充电模块最高温度和充电时间的影响,基于热比理论,实验分析了不同产热功率和风速条件下充电模块最高温度和充电时间变化。结果表明：增大热比可以降低充电模块的最高温度,产热功率25 W时效果最好,最高温度降低3.7℃。在较高风速条件下,热比作用对充电模块最高温度影响变化明显,热比等于0.4为实现充电模块热管理性能最佳指标值。增加热比可以提升充电时间,热比为0.5时充电时间最长。产热功率为25 W时,增加热比充电时间最多延长了330 s。     

200 kV闪光照相测试系统

介绍了一种基于Marx发生器原理设计的200 kV闪光照相测试系统,该系统具有延时功能,可按照实验要求,在预定时刻产生脉冲X射线进行闪光照相测试。设计了一台10级同轴结构的Marx发生器,采用了正负极充电,极间电容耦合为Z形回路的Marx发生器线路,利用开关与屏蔽外筒间的结构电容来锐化高压脉冲的输出,同时采用紧凑性、低电感设计获得窄脉冲的输出。在充电电压为25 kV的情况下,75 的负载上获得了脉宽小于100 ns、幅度大于200 kV的高压脉冲,通过高压电缆驱动闪光X射线二极管, 在距光源25 cm处获得了剂量大于910-6 C/kg、脉冲宽度约为70 ns的闪光X射线。     

基于模糊算法的风光互补蓄电池充电控制研究

依据蓄电池充电过程的非线性、时变特性,提出了与蓄电池充电特性匹配的,结合Cuk变换电路、模糊算法的模糊控制充电方法。实践证明:Cuk变换电路可以有效地减小输入和输出端电流的脉动,模糊控制使充电时间由17小时缩短到15.5小时,并且能够自动工作在最大充电电流状态,提高了充电效率;系统工作稳定性好,充电效果较三段式充电得到改进;可以延长蓄电池的使用寿命,实用性强,适于推广使用。     

40 kW高功率密度数字化控制充电电源

 研制了基于串联谐振和高频逆变技术的40 kW/10 kV数字化控制高频高压脉冲电容器恒流充电电源;采用合理谐振参数设计和高频高压变压器优化设计,使得40 kW充电电源功率密度达到0.5 MW/m3;研究了高压充电电源的保护技术,通过采取多种保护方法及安全措施,提高了充电电源的安全性能;在40 kW数字化控制充电电源基础上,介绍了实现充电电源远端控制和并联运行的方案;给出了1 MJ/10 kV脉冲电容器负载上的单台充电电源的实验结果。     

超导无线充电系统中线圈偏移的研究

相比有线充电系统,电动汽车的无线充电系统具有安全性高、便捷性好等优点。在实际应用中,充电系统的发射线圈和接收线圈难免会发生偏移,从而影响汽车蓄电池的正常充电。另外,高温超导因其高载流密度和低损耗的特点被引入无线充电系统中。基于此,通过采用高温超导线圈取代传统无线充电中的发射线圈,搭建无线充电系统,实验研究了发射、接收线圈偏移对负载电压的影响。通过理论计算和实验结果的对比,验证了互感模型理论同样适合超导无线充电系统,为进一步的研究提供了分析参考依据。     

双麦克斯韦分布尘埃等离子体中尘埃粒子的充电研究

根据充电方程和电荷守恒条件,导出了双麦克斯韦分布的弱电离尘埃等离子体充电频率(电荷弛豫速率),给出了充电电流的计算公式. 对结果分析表明,定向运动速度大小对充电电流和充电频率有一定的影响,充电频率随着定向速度增加而减小,当定向速度远远小于电子的热速度时,充电频率与文献给出的表达式一致. 关键词： 尘埃等离子体 双麦克斯韦分布 充电频率     

电磁阻尼振荡演示装置

电磁振荡中的阻尼振荡,教学大纲中规定了要进行演示。通过演示确实可以说明:在自感线圈中的电流不断在改变振荡着,电容器不断的在反复充电着,电场的能和磁场的能也是不断的互相转换着。今介绍装置如下: 线路和课本上的一致,只串联一只灵敏电流计于电路中,来观察振荡的电流。灵敏电流计以指针在中央、惰性较小的为宜。电容C值为120微法拉,电解质电容器。自感线圈是用一般的220-6/(12)伏,1安的灯丝变压器的初级线圈。电容器充电时用30-50伏。放电时电流计的指针很显著地左右摆动两次,然后振幅锐     

一种新的航天器外露介质充电模型

为综合考虑高能电子辐射与周围等离子体对航天器外露介质充电的影响,在航天器内带电模型的基础上,通过添加边界充电电流来考虑等离子体与航天器介质表面的相互作用,并统一参考电位为等离子体零电位,建立了航天器外露介质充电模型,给出了新模型的一维稳态解法,并与表面充电模型和深层充电模型进行了对比分析.结果表明:新建模型能够综合考虑表面入射电流、深层沉积电流和传导电流对充电的耦合作用过程,实现外露介质表面和深层耦合充电计算,有利于全面评估航天器外露介质的充电问题.     

脉冲功率系统中能量回收电路的改进

串联型能量回收电路从电路结构上保证了异常条件下脉冲功率系统中充电电源的安全,但恒流充电电源经回收电感向储能电容充电时会引起回收电路的振荡,不仅会造成充电电源输出过压和回收电感损耗增加,还会导致充电电压一致性明显变差等问题。在分析了回收电路振荡特性的基础上,提出了在回收电感两端并接旁路开关和双路充电输入的电路结构以及相应的充电控制方法,不仅可以抑制回路振荡从而提高充电一致性,还可以消除回收电感和旁路开关的不必要损耗且控制方法也简单通用。对包含有串接型回收电路的600 V/400 A充电系统进行了电路仿真和实验验证,实验结果表明:在600 V重频条件下,回收电路的改进方案可将储能电容电压的充电一致性偏差由10 V降低到2.6 V,对应的相对偏差由1.7%降低到0.5%以内。     

双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应

空间等离子体在有些情形下,并非单麦克斯韦分布,而是双麦克斯韦分布。为了研究双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应,基于等离子体动理学理论,建立表面充电平衡方程,综合考虑双麦克斯韦分布等离子体的粒子参数、航天器的单位电容、二次电子发射及光照等因素,得出了双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面充电电位的计算表达式,给出了表面充电电位随时间的变化规律。研究结果表明:当等离子体为双麦克斯韦分布时,航天器表面充电电位低于单麦克斯韦分布等离子体环境下的表面充电电位,单麦克斯韦分布的等离子体假设会过高估计航天器表面的充电效应;双麦克斯韦分布的第二分布函数中,对最终的表面充电平衡电位影响较大的主要是离子成分;双麦克斯韦分布等离子体的粒子数密度或温度越高,则表面充电达到平衡所需的时间越长;单位电容仅影响表面充电电位达到稳定所需的时间,对最终的充电平衡电位值影响不大。     

充电不均匀对脉冲形成系统输出方波脉冲平顶的影响

在对脉冲形成线进行充电时,由于充电时间较短,以及形成线具有一定的长度,往往会使得充电电压在脉冲形成线上存在一定的不均匀性,从而影响到负载输出电压。对此进行了理论和模拟研究,分析了引起充电不均匀的原因和机制;在此基础上,通过求解不均匀充电初始条件下的电报方程,得到负载输出电压,并进行了模拟。结果表明,充电不均匀会引起负载输出电压平顶的起伏。     

串联谐振高压电容充电电源设计及分析

针对高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,基于全桥串联谐振恒流充电技术,研制了一台紧凑型串联谐振高压电容充电电源,平均充电功率12 kW。该电源采用超级电容器预储能和全桥串联谐振电路,大幅降低了场地供电需求,结合模块化集成设计,实现了一体化、便携式设计。针对脉冲驱动源工作需求,分析了全桥串联谐振电路的基本原理和工作过程,给出了电路参数设计方法和Pspice电路仿真结果,利用该电源对等效电容量为0.3 μF的脉冲驱动源进行了充电测试,实现了45 ms内充电60 kV以上,实验结果表明, 其输出能力满足PFL-Marx脉冲驱动源的20 Hz重频充电需求。     

空间站快速充电效应的物理过程及特征

“快速充电事件”是国际空间站2006年首次观测到的一种充电现象, 在出地影瞬间的1–3 s内航天器结构体被迅速充到-30–-70 V的负电位, 显著超过空间站的安全设计标准, 一度引起国际航天界的关注. 目前国际上对“快速带电”的研究尚不充分. 基于Furguson等的研究, 本文建立了快速充电的物理模型, 对快速充电的机理和规律给出了合理的解释. 计算及分析结果表明: 快速充电是在航天器出地影瞬间由高压太阳电池阵的光伏激发过程驱动的, 是一种非平衡态的充电过程; 快速充电脉冲主要是由于在太阳帆板电压的快速启动过程中帆板上 的电子充电电流未及时被玻璃盖片的充电所阻塞而导致的, 当快速充电过程达到平衡时便表现为“正常充电事件”; 快速充电的幅度主要取决于太阳帆板电压的启动时间、启动方式等, 因此表现出一定的离散性, 但随着等离子体密度的增大而衰减, 与国际空间站观测结果一致. 关键词： 表面充电 等离子体 国际空间站 高压太阳电池阵     

电动汽车充电设施现场电磁兼容特性及防护技术研究

随着电动汽车快速发展,电动汽车充电设施的市场规模及需求日益扩大,充电设施的安全可靠性越来越受到重视。可靠的电磁兼容性能是电动汽车充电设施现场安全可靠运行的必备条件,研究充电设施现场电磁兼容特性及防护技术,做好充电设施现场电磁兼容防护,保证充电设施的安全可靠性,对推动电动汽车发展具有重要意义。根据电动汽车充电设施现行电磁兼容标准,研究充电设施现场电磁兼容测试方法,选择典型充电站进行现场测试,分析充电设施现场电磁干扰特性,并提出电磁干扰抑制与防护措施。充电机产生的谐波干扰是现场主要的电磁兼容问题,采用集中治理与分散治理相结合的方式或者选用具备APFC功能的充电机,能有效解决现场谐波干扰问题。在充电设施开发建设过程中,充分重视充电设施的电磁干扰抑制与防护,提高充电设施电磁兼容性能,是充电设施安全运行的根本保证。     

J-TEXT加热场电容器组恒流充电电源设计

分析了实际串联谐振电容充电电源的充电特性,提出通过设置两个电流档位,闭环调节PWM开关频率,实现了对多组电容器组恒流充电。设计了最大输出电流为6.5A,最大输出电压为2000V的电容充电电源。测试结果表明,该电源可以在1分钟内将四组电容器组同时充至2000V以内不同的任意电压,充电精度小于1%,能够满足J-TEXT加热场电源运行需求。