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以环境为目的电气放电脉冲电源研究

作　者: 刘春芳
导　师: 张潮海
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 环境治理 全桥移相零电压 磁开关 磁脉冲压缩
分类号: TN782
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,随着环境污染的日益严重,传统的环境治理方法已经难以满足目前形势的要求,脉冲功率作为一种新技术,已经成为环境治理方法的重要研究目标之一。高功率脉冲电源是产生高功率脉冲的能量源。本文根据环境治理对于高功率脉冲的需求,设计了一种满足环境净化要求的高功率脉冲电源方案,为脉冲电源装置在环境治理方面的应用提供了依据,同时也为脉冲功率技术在其他领域的应用提供了参考。首先介绍了脉冲电源的初级充电系统,说明了其设计思路,重点论述了全桥逆变器的设计方法,其中包括软开关与硬开关的对比分析,开关器件的选取,全桥移相零电压PWM逆变电路的工作模态及零电压的实现。最后讲述了变压器副边占空比丢失的原因,及开关管IGBT的并联电容与死区时间的设置方法。设计了中间储能系统与磁脉冲压缩系统。通过对中间储能系统主电路工作过程的分析,推导出了其工作参数的计算公式,并通过合理设计脉冲变压器对初级脉冲升压、整形。针对脉冲电源系统的输出指标,采用三级磁脉冲压缩网络,系统的阐述了其工作原理,并对磁开关的设计方法进行了详细的论述,为系统的PSPICE仿真设计提供了理论基础。通过对电源系统各个组成部分的分析,设计了脉冲电源系统的主电路,并基于此电路结构,利用PSPICE仿真软件对系统的各个部分进行全面的仿真,并将得到的仿真结果与预期目标进行对比分析,验证了此设计方案的可行性。搭建硬件电路并将其运用在水中放电处理蓝藻的实验中,进行相关的调试实验,对实验结果进行分析。本文根据环境治理对于高功率脉冲的要求,设计出一种脉冲电源系统,通过PSPCIE仿真与实验的方式验证了该电源输出的脉冲具有高功率、陡上升沿、窄脉宽的特性,能够满足环境治理的要求。同时,为该脉冲电源方案在其他领域的应用提供了参考依据。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-13
  1.1 课题的研究背景与实际意义  7-8
  1.2 脉冲功率技术的发展现状  8-12
    1.2.1 国外发展现状  8-10
    1.2.2 国内发展现状  10-12
  1.3 本课题主要研究内容  12-13
第2章 脉冲电源的初级充电系统的设计  13-24
  2.1 设计思路  13
  2.2 整流电路的设计  13-14
  2.3 全桥逆变电路的设计分析  14-20
    2.3.1 硬开关与软开关  14-15
    2.3.2 开关器件的选择  15-16
    2.3.3 软开关电路的分类  16-17
    2.3.4 全桥移相零电压PWM电路的工作原理  17-20
  2.4 全桥移相ZVS的实现与占空比的丢失  20-23
    2.4.1 超前臂与滞后臂实现ZVS的区别  20-21
    2.4.2 变压器副边占空比的丢失  21-22
    2.4.3 并联电容与死区时间的设置  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章 中间储能与磁脉冲压缩系统的设计  24-43
  3.1 中间储能环节的主电路  24-29
    3.1.1 主电路工作过程分析  25-26
    3.1.2 磁开关的工作原理  26-27
    3.1.3 磁开关磁性材料的选择  27-29
  3.2 脉冲变压器的设计  29-35
    3.2.1 脉冲变压器磁芯的选取  30-32
    3.2.2 脉冲变压器的参数分析  32-35
  3.3 磁脉冲压缩网络的设计分析  35-42
    3.3.1 磁脉冲压缩网络的工作原理  35-37
    3.3.2 磁脉冲压缩网络的参数设计  37-39
    3.3.3 磁开关磁芯参数的设计  39-41
    3.3.4 磁开关的复位  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 脉冲电源主电路的仿真分析  43-52
  4.1 脉冲电源系统的主电路  43-44
  4.2 初级充电系统的仿真分析  44-46
  4.3 中间储能系统的仿真分析  46-48
  4.4 磁脉冲压缩系统的仿真  48-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 仿真与实验研究  52-57
  5.1 PSPCIE仿真  52-53
    5.1.1 PSPICE仿真软件的介绍  52
    5.1.2 磁开关磁芯的仿真  52-53
  5.2 逆变器的硬件电路及实验结果分析  53-55
  5.3 水中放电实验  55-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  62-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 脉冲技术、脉冲电路 > 脉冲的产生、脉冲发生器
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