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电热化学炮用电容型高功率脉冲电源被动保护方法的初步研究

作　者: 李贞晓
导　师: 栗保明；林庆华
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 脉冲电容器高压硅堆浪涌电压电阻分压器保护方案
分类号: TJ301
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

六个电容器组模块为进行电热化学炮研究而被组建。在而后的使用中，发生了单台储能电容器击穿爆炸和高压硅堆损坏故障。本文在深入研究多模块并联放电特性的基础上，为该电源制定了可靠的故障被动保护方案，安装了保护辅助设备。本文首先研究了高压硅堆续流电路。续流电路主要是用来阻止电源放电过程中电路对储能脉冲电容器的反向充电。本文提出了防止高压硅堆过电流或过电压损坏的保护措施。重点分析阐明了多模块并联放电过程中浪涌高电压的成因，提出了抑制浪涌高电压的对策，设计并安装了浪涌防护器件。同时，鉴于电源放电浪涌高压现象研究的需要，本文还进行了脉沖分压器设计。设计制作的电阻分压器，可以准确测量时序放电过程出现的浪涌电压；设计制作的阻容串联分压器，可以准确测量放电过程中脉冲电容器的电压变化；本文对浪涌产生机理的分析也因而得到证实。针对储能脉冲电容器的安全，本文制定了可靠的电容器故障保护方案。对于单台储能电容器击穿故障，设计制作了铜箔熔断器，防止同组内其它储能电容器对之放电造成故障扩大；设计选用了合适的非线性电阻作为吸能电阻，减小了同模块内其它储能电容器组向故障电容器组放电电流，紧急情况下该电阻还能对电容器储能安全释放。本文对各保护元件的作用及各元件参数值的选取进行了仔细的研究分析。此外，本论文对利用触发真空开关替代高压硅堆续流也进行了初步研究；用价格相对低廉的触发真空开关来代替硅堆，可以克服硅堆抗浪涌能力差、损坏更换费用高的缺点；这能降低电源成本、提高续流电路的可靠性、改善电源的性能。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1、绪论  8-15
  1.1 课题背景及意义  8
  1.2 国内外研究概况  8-12
    1.2.1 电炮系统简介及其对电源的要求  8-9
    1.2.2 电容型高功率脉冲电源  9-12
      1.2.2.1 电源构成简介  9-10
      1.2.2.2 电源保护概述  10-12
  1.3 高压测试技术在脉冲系统的应用  12-13
  1.4 辅助分析工具PSpice简介  13
  1.5 本文主要工作  13-15
2、电源放电过程分析  15-27
  2.1 电容器组放电分析  15-18
    2.1.1 线性负载  15-17
    2.1.2 非线性负载  17-18
  2.2 续流电路  18-21
    2.2.1 工作原理  18-19
    2.2.2 位置对电源性能的影响分析  19-21
      2.2.2.1 电路在放电开关前  20
      2.2.2.2 电路在放电开关后  20-21
  2.3 具有续流电路电源放电分析  21-24
    2.3.1 单模块放电  21-22
    2.3.2 模块的并联放电  22-24
  2.4 电热化学炮负载特性  24-27
3、硅堆续流电路保护研究与设计  27-51
  3.1 试验情况及出现的问题  27-29
    3.1.1 同步放电试验情况  27-28
    3.1.2 时序放电试验情况  28-29
  3.2 硅堆续流电路保护研究  29-36
    3.2.1 电源的开关器件  29-34
      3.2.1.1 触发真空开关  29-31
      3.2.1.2 高压硅堆  31-34
    3.2.2 电路工作分析  34-35
    3.2.3 硅堆故障原因浅析  35-36
  3.3 高压浪涌现象  36-40
    3.3.1 机理分析  36-39
    3.3.2 对策研究  39-40
  3.4 缓冲电阻选用与计算  40-43
    3.4.1 限流缓冲电阻  40-42
    3.4.2 浪涌缓冲电阻  42-43
  3.5 计算验证  43-45
    3.5.1 限流缓冲验证  43-44
    3.5.2 浪涌缓冲验证  44-45
  3.6 保护实施后实验情况  45
  3.7 触发开关续流电路初步研究  45-51
    3.7.1 电路设计  46-49
      3.7.1.1 Rogowski线圈  46-47
      3.7.1.2 电路设计  47-49
    3.7.2 触发信号发生器电路初设  49
    3.7.3 分析验证  49-51
4、储能脉冲电容器故障保护研究  51-60
  4.1 储能脉冲电容器的故障  51-52
  4.2 电容器的保护设计  52-60
    4.2.1 电容器连接方式及保护措施  52-53
    4.2.2 熔断保护设计  53-55
    4.2.3 吸能电阻保护设计  55-60
      4.2.3.1 计算选择  55-57
      4.2.3.2 分析验证  57-59
      4.2.3.3 实验情况  59-60
5、高电压测量与分压器设计  60-74
  5.1 高压测量的一般回路  60-61
  5.2 测量特性及计算原理  61-64
    5.2.1 测量系统转换特性及要求  61-63
    5.2.2 测量系统计算基本原理  63-64
  5.3 分压器及设计  64-74
    5.3.1 分压器等值电路分析  64-68
      5.3.1.1 通用等值电路  64-65
      5.3.1.2 电阻分压器  65-67
      5.3.1.3 电容分压器与阻容串联分压器  67-68
    5.3.2 放电监测用分压器设计  68-72
    5.3.3 充电电压的测量设计  72-74
6、结束语  74-76
  6.1 工作总结  74
  6.2 进一步工作展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-78

电热化学炮用电容型高功率脉冲电源被动保护方法的初步研究

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