脉冲成形网络参数对轨道型电磁驱动系统效率的影响

针对分布馈电式(DES)轨道型电磁驱动系统,建立了基于PSpice的电路模型;采用最常见的电容储能方式构成脉冲成形网络(PFN);负载模型充分考虑电枢运动时的滑动摩擦,以及导轨电感、电阻等非线性因素。由仿真结果得到的电流值可以计算出电枢所承受的电磁力,从而得到电枢的加速度、速度,以及动能。分别选取不同电容器组的电容量或初始电压,脉冲成形电感器的电感量,主放电开关的闭合时间间隔,以及PFN模块参数(包括模块的数量、结构等),进行仿真分析,得出在各种参数下的系统效率,并加以比较,确定了几种可以有效提高轨道型电磁驱动系统效率的方法或者最优化的参数。仿真结果表明:在电枢质量与加速距离不变的条件下,电容器组的电容量或初始电压越高,电枢初速度越大,而系统效率随着电压的升高先增大后减小;脉冲成形电感器的电感量越大,电感器中的剩余能量越大,系统效率越低;主放电开关的闭合时间间隔越短,系统的效率越高;在初始能量一定的前提下,电源的模块数越多,电枢的出膛速度越大,系统效率也越高,可以通过采用多组小电容值的电容,来提高系统的效率;优化的PFN模块参数设计能够提高系统的效率。     

传输式大功率电火花震源在浅水中及井中的压力波形及频谱分析

本文通过对传输式电火花震源在浅水中及井中所产生压力波形的分析,确定了压力波峰值与放电电极距离的关系,获得了压力波与放电能量、静水压、测量距离 之间的基本关系。并对试验结果进行了分析。     

脉冲功率电源模块时序放电控制系统设计

设计了一套用于控制30个脉冲功率电源模块按时序进行放电的控制系统。该控制系统使用高速数字信号处理器作为主要控制芯片,采用高速光电转换器件及光纤作为触发信号传输系统,利用脉冲隔离变压器作为电源开关触发系统的主要隔离元件,在硬件方面实现了时序放电触发信号的高精度传输和高压隔离。同时,该控制系统使用优化的软件算法对数字信号处理器进行软件编程,实现了放电时序计算的优化控制,而且利用简易的计算机语言对上位机软件进行编写,实现对放电时序进行精确的设置,从而保证了时序放电的精确度。将该控制系统用于实际的30路脉冲功率电源放电装置的实验中,得到了良好的放电电流实验波形。根据时序触发波形及放电波形进行分析,该时序放电控制系统每路电源放电时间最小间隔可达到20 μs,电流波形反映的触发时刻与放电时序设置时刻的延时误差分布在10~15 μs,整个控制系统的性能符合设计的要求。     

双路大电流源模块水中放电实验研究

高压电脉冲压裂技术是基于液电效应,通过水中脉冲放电产生强大的冲击波使岩石产生裂缝,近年来成为了岩石压裂领域的热点研究对象。搭建了两路电流源模块应用于水中放电,采用铜材料的针针电极,电极间距1 mm;研究了在不同放电电压下,单路和两路电流源模块电极间的电压、电流波形。实验结果表明,空载时在同一放电电压下,双路模块产生更大的放电电流,从而在放电时获得更高的瞬时功率;而在水中针针放电时,单路和双路模块水间隙的预击穿时间与放电电压之间具有很大的随机性。单路模块预击穿时间的标准差最小为0.285 ms,最大为1.481 ms;而双路模块最小为0.369 ms,最大为0.703 ms。并且随着放电电压的增加,预击穿时间减小,双路模块的预击穿平均时间从放电电压为1300 V时的2.686 ms降到1800 V时的1.036 ms。     

高压电脉冲在页岩气开采中的压裂实验研究

基于液电效应原理,采用高压电脉冲放电对模拟岩样及实际砂岩岩样进行了压裂实验研究。脉冲电源最大储能40 kJ/20 kV,放电电流最高可达70 kA。实验结果表明,高压电脉冲能够在岩样中造成非常明显的裂缝,可以在多个方向上造出多条具有一定高度（最大0.32 m）的裂缝,近井筒裂缝无明显的扭曲,裂缝的形态与放电电压、能量及放电次数有关。对模拟岩样压裂后产生的裂缝进行了三维形貌分析,得到裂缝的表面平均粗糙度在0.430~1.075 mm之间,具有一定的导流能力。     

传输式大功率电火花震源在浅水中及井中的压力波形及频率分析

本文通过对传输式电火花震源在浅水中及井中所产生压力波形的分析，确定了压力波峰值与放电电极距离的关系，获得了压力波与放电能量、静水压、测量距离之间的基本关系。并对试验结果进行了分析。     

强流脉冲对结构体冲击力的数值模拟及试验

为深入了解轨道型电磁推进装置工作时由脉冲电流形成的冲击力的特点,以探索改善轨道支撑结构的有效方法,设计了一套冲击力试验系统,并运用数值模拟技术计算了相关试验情况。试验系统利用C型单体电枢作为冲击力源测试得到了不同脉冲电流作用下的冲击力波形,对两条波形曲线进行了比较分析;利用ANSYS/Multiphysics对处于电、磁、力耦合场环境中的电枢进行了数值计算,着重对电枢的耦合力场环境进行了模拟,计算出了电枢的电磁驱动力和电磁压紧力,分析了电枢在力场中的结构应力和形变。结果显示,数值计算方法和试验方法得到的电磁驱动力曲线和冲击力曲线前半部分的波形基本一致,而峰值点则随着脉冲电流的增加差值有所增大,但仍具有一定的跟随性,证明了试验方法对冲击力捕获具有一定的指导意义,也同时验证了计算方法的可行性和有效性。     

磁隔离触发式10 kV级联型脉冲电源研制

采用磁隔离触发式的级联型高压脉冲电源解决了每一级联单元浮动供电的问题,结构紧凑,触发方式简单可靠。利用磁耦合隔离的触发方式,触发信号一致性高,产生的截止偏压信号可以对绝缘栅双极晶体管进行可靠关断。同时,在每一级联单元附加切尾开关支路,降低输出脉冲高压的下降沿,提高级联型脉冲电源的适用性。研制的10 kV级联型脉冲电源,每一个级联单元的额定工作电压为1 kV,总共10组。电压调节范围0~10 kV,工作频率1~10 kHz,脉冲电流0~20 A,脉冲宽度5~50 s。     

静水压力对岩石在等离子体冲击下压裂效果的影响

为了了解与掌握深井下水中放电冲击波对岩石的破碎作用规律，建立了静水压力高达35 MPa的电脉冲压裂装置，可模拟深井近3 000 m下的围压，并进行了不同静水压下等离子体冲击压裂实验。电脉冲压裂装置最高工作电压20 kV，最大储能40 kJ。在0~25 MPa的静水压力条件下，对6块砂岩岩样进行了冲击压裂实验。实验结果表明，随着静水压力的升高，相同放电条件下压裂产生的裂缝长度和宽度明显降低。所以静水压力的升高将使得岩样损伤范围减小，孔隙度以及渗透率提升幅度下降。静水压力对冲击压裂后裂缝的形成、分布、生长具有明显的影响。与常压下形成的裂缝相比，施加围压后裂缝多集中在电极处，数量多，但是长度较短，存在不同程度的弯曲，甚至局部区域出现了环形裂缝。     

重复推进滑动电接触的试验研究

重点研究了低速条件下重复推进对电枢与导轨的接触状态、初速等的影响。试验采用6路时序脉冲功率电源、10 mm方口径装置和U型单体铝电枢,利用建立的试验系统进行重复推进试验。试验结果表明:随着重复次数增加,电枢和导轨的接触状态趋于良好,电枢启动时间提前,初速增大。说明在电枢低速运动条件下,重复试验中导轨表面遗留富含铝的堆积物对下一次试验的滑动电接触有积极作用。