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高温超导脉冲功率应用基础研究

作　者: 秦华容
导　师: 唐跃进
学　校: 华中科技大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: Bi-2223/Ag高温超导脉冲功率脉冲延时线超导磁体脉冲输出半导体开关IGBT MOV
分类号: TN78
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 123次
引　用: 2次
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内容摘要

大功率脉冲技术作为高新、尖端技术日益受到重视,在新概念武器及未来高速运载工具方面,具有极大的发展潜力。在脉冲功率技术中,储能磁体、脉冲变压器、乃至脉冲成形回路中的开关、各类电感、线圈、传输线等,均是超导技术潜在的应用目标。本文基于Bi-2223/Ag高温超导材料制成的高温超导磁体,对高温超导大功率脉冲延时线的可行性,高温超导磁体脉冲输出回路进行了基础性研究。延时线是传输线的一个重要应用,其功能在于将输入信号延时一段给定的时间而具有最小的信号畸变。论文首先阐述了传输线的基础理论,在此基础上,初步提出了3种高温超导脉冲延时线方案:超导同轴电缆方案,电感增强型电缆方案和人工线方案,经过对比分析并结合实际情况,最后确定了人工线的方案,利用Matlab平台建立仿真模型。在仿真结论的基础上,在实验室进行了部分验证实验,最后和Matlab仿真结果进行了对比分析,得出比较有意义的结论。接着探讨了高温超导磁体脉冲输出回路。针对高温超导磁体直接释放能量形成的波形难以满足实际需要,同时如果控制磁体放电的开关动作时间比较长,则波前时间就会受到开关切断电流时间的影响,论文提出了一种基于脉冲变压器的脉冲输出方案:引入脉冲变压器作为降压升流的手段,同时采用半导体开关IGBT来控制磁体放电。超导磁体直接放电输出的波形不仅与负载有关,也与本身的连接方式(串连,并联)有关,为此引申出单个超导电感脉冲输出方案和2个超导电感脉冲输出方案,利用Matlab建立仿真模型,得出结论。最后在仿真分析的基础上,利用Protel工具设计了基于51单片机的IGBT高速开关的控制系统,并在实验室对2种方案进行了试验验证,获得了较好的负载脉冲波形。通过这些工作,明确了高温超导磁储能脉冲功率技术的关键性问题,为进一步研究将高温超导应用于脉冲功率技术奠定了基础。获得的研究结果对高温超导电力技术也具有重要的基础意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-21
  1.1 引言  8-9
  1.2 传输线研究现状  9-10
  1.3 超导及超导脉冲功率技术研究状况  10-19
  1.4 课题的来源及主要工作  19-21
2 高温超导脉冲延时线的可行性探索  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 脉冲延时线的基础理论  21-23
  2.3 脉冲延时线方案研究  23-26
  2.4 脉冲延迟线网络（人工线）方案  26-29
  2.5 高温超导脉冲延时线模拟试验  29-30
  2.6 小结  30-31
3 高温超导磁体脉冲输出回路探讨与仿真  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 单个超导电感脉冲输出方案与仿真  31-34
  3.3 2个超导电感脉冲输出方案与仿真  34-36
  3.4 MOV 吸收能量对输出电流波形的影响  36-38
  3.5 小结  38-39
4 基于51单片机的IGBT 控制部分设计  39-48
  4.1 引言  39
  4.2 主要元器件介绍  39-42
  4.3 硬件电路设计  42-44
  4.4 软件部分设计  44-47
  4.5 小结  47-48
5 高温超导磁体脉冲输出试验探讨  48-62
  5.1 引言  48
  5.2 高温超导磁体储能特性  48-49
  5.3 试验用高温超导磁体  49-52
  5.4 高温超导磁体直接放电特性研究  52-62
6 全文总结  62-64
  6.1 总结  62-63
  6.2 有待进一步研究的工作  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-71
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  71-72
附录2 实验操作步骤及注意事项  72-74
附录3 电缆参数计算的主要程序  74-81
附录4 IGBT 控制部分的主要程序  81-83
附录5 高温超导磁体脉冲输出回路实物图  83

高温超导脉冲功率应用基础研究

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