本文選題：重復(fù)脈沖　切入點：脈沖電源　出處：《華中科技大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：磁制冷作為一種新型的制冷方式,因其顯著的節(jié)能環(huán)保特性,越來越受到人們的重視。目前,國內(nèi)外磁制冷技術(shù)尚處于研究階段,在已制成的磁制冷樣機中絕大多數(shù)使用的是永磁體或超導(dǎo)磁體作為其磁體系統(tǒng)。本文創(chuàng)新地提出研制一套重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng),用以代替現(xiàn)有磁體系統(tǒng)應(yīng)用于磁制冷技術(shù)中。與永磁體和超導(dǎo)磁體相比,重復(fù)脈沖磁體能以低成本產(chǎn)生較高的磁場,同時避免了傳統(tǒng)磁體系統(tǒng)與磁制冷材料之間必須使用運動部件的弊端。 重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)技術(shù)本身,是脈沖強磁場技術(shù)領(lǐng)域的一個新興分支,具有產(chǎn)生重復(fù)頻率高磁場的能力和巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎谥貜?fù)脈沖磁場比脈沖強磁場實現(xiàn)更為困難,目前國內(nèi)外對重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)的研究還比較少,且都只能產(chǎn)生小于10ms脈沖寬度的磁場,應(yīng)用較為受限。為滿足磁制冷應(yīng)用需求,本文提出的重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)具有193ms的脈沖寬度,與世界上現(xiàn)有的重復(fù)脈沖系統(tǒng)相比,脈沖寬度有了較大的提高。 全文以磁制冷應(yīng)用需求為設(shè)計目標(biāo),闡述了重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)及其各子系統(tǒng)從仿真設(shè)計優(yōu)化到聯(lián)調(diào)裝配試驗的全過程,包括電源系統(tǒng)設(shè)計、磁體系統(tǒng)設(shè)計、控制測量系統(tǒng)設(shè)計和試驗研究等。 電源系統(tǒng)設(shè)計,在借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有重復(fù)脈沖電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新地提出一種無續(xù)流回路的雙向重復(fù)脈沖電源系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu),使放電回路能量利用效率達到理論最大值。同時,首次采用交流電力電容器組作為脈沖電源系統(tǒng)主電容器組,實現(xiàn)雙向饋能與放電。在完成系統(tǒng)整體設(shè)計,電路仿真及各元件選型校驗的基礎(chǔ)上,進行了1.5kV/45kJ共75臺并聯(lián)電容器組及相關(guān)充電回路、隔離支路、開關(guān)元件、放電回路的裝配與調(diào)試工作,最終完成電源系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。 磁體系統(tǒng)設(shè)計,通過比較美國、德國、法國、英國和日本等國強磁場實驗室現(xiàn)有的相關(guān)磁體技術(shù),創(chuàng)新地設(shè)計出兼顧大電感和快速冷卻特性的適用于重復(fù)脈沖磁場的大電感快速冷卻磁體。在重點考慮磁感應(yīng)強度、冷卻通道結(jié)構(gòu)和磁場均勻度等影響因素的基礎(chǔ)上,得出理想的磁體參數(shù)。經(jīng)過工藝探索,成功繞制成型所設(shè)計的大電感快速冷卻磁體,成型電感達87mH,77K下電阻0.4ΩΩ,滿足系統(tǒng)要求。 控制測量系統(tǒng)設(shè)計,使用Labview軟件搭建重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)的控制測量平臺,實現(xiàn)對電源系統(tǒng)、磁體系統(tǒng)和電缸系統(tǒng)在內(nèi)的統(tǒng)一控制。包括：搭建重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)Labview控制系統(tǒng)平臺；建立一套基于PLC的電機、電缸控制子系統(tǒng)；實現(xiàn)Labview總系統(tǒng)與PLC電機、電缸子系統(tǒng)的對接；集成labview測量系統(tǒng)。隨后,給出了重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)運行的詳細控制通信流程。 最后,完成重復(fù)脈沖放電試驗。試驗中,在考慮強電磁環(huán)境對信號傳輸?shù)挠绊懙幕A(chǔ)上,經(jīng)過計算確定強電磁環(huán)境下周圍電氣設(shè)備及實驗人員的安全距離。在1.5kV/45kJ電容(可調(diào))的條件下,實現(xiàn)+6.2工/-3.8T磁場(可調(diào)),193ms脈沖寬度,802A峰值電流(可調(diào)),4.2s周期(可調(diào))的重復(fù)脈沖強磁場系統(tǒng)。實驗結(jié)果經(jīng)比較,與設(shè)計結(jié)果一致,滿足磁制冷對電磁系統(tǒng)的應(yīng)用需求。與世界上現(xiàn)有的重復(fù)脈沖電磁系統(tǒng)相比,本文研究的重復(fù)脈沖系統(tǒng)在脈沖寬度等技術(shù)參數(shù)上取得了較大突破,同時,也給磁制冷電磁系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展提供了新的研究思路。
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【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB657

【參考文獻】

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本文編號：1590331