【摘要】：高壓脈沖電容器是一種應(yīng)用在特殊領(lǐng)域的電容器,它能在很短的時間內(nèi)釋放很大的電能量,廣泛應(yīng)用在軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域,如消毒、激光、X射線發(fā)生器等。這些高壓脈沖電容器均以重頻模式工作,而在重復(fù)工作期間,高壓脈沖電容器內(nèi)部會產(chǎn)生很大的能量損耗和電動力破壞,因此高壓脈沖電容器在一定頻率下的充放電壽命成為絕緣特性的重要指標之一。進行壽命試驗對于高壓脈沖電容器高重復(fù)頻率、長壽命、低電感、高比能等性質(zhì)的測量具有十分重要的意義。本文設(shè)計了一套應(yīng)用于高壓脈沖電容器壽命試驗的裝置,該裝置采用模塊化設(shè)計、高頻諧振充電技術(shù)和PLC控制,具有可靠性高本、成本低、損耗小等優(yōu)點,特別適用于高壓脈沖電容器的壽命測試。首先根據(jù)高壓脈沖電容器的壽命試驗的充電需求,確定了以高頻諧振充電電源充電的方式來模擬高壓脈沖電容器充電過程的實際工況,并通過數(shù)學建模、PSIM仿真結(jié)合電源實際設(shè)計指標給出了此套高頻諧振充電電源的詳細設(shè)計。其次結(jié)合重頻試驗的控制需求,設(shè)計了基于S7-200 PLC(CPU226XM)的自動監(jiān)控系統(tǒng),智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用有效的降低了系統(tǒng)工作過程中的操作危險性。最后通過建立數(shù)學模型和仿真分析了高壓脈沖電容器的放電機理,并且基于此種機理給出了此套系統(tǒng)后級放電回路的設(shè)計。本設(shè)計成功搭建了一臺充電電壓為0~50kV的可調(diào)式高壓脈沖電容器試驗系統(tǒng)樣機并完成了現(xiàn)場測試,成功地實現(xiàn)了高壓脈沖電容器充放電壽命參數(shù)的準確可靠測量,實現(xiàn)了監(jiān)控一體化智能操作,驗證了該高壓脈沖電容器試驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,滿足了設(shè)計要求。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM53
【圖文】：

圖 3.15 DCM 和 CCM 臨界狀態(tài)充電電壓仿真波形從圖 3.15 仿真結(jié)果分析可得，LC 串聯(lián)諧振電路工作在 DCM 和 CCM 的臨界模態(tài)下，負載電容的充電電壓隨充電時間呈線性上升，因為充電電容兩端的電壓是充電電流和充電時間的積分，所以可知充電過程中電流是恒定的。負載電容充電達值后，充電的速度變緩。由仿真圖可得充電電壓最終維持在 570V 左右，負載電容達值后諧振電流仍然存在，只是諧振電流會不斷地減弱直到降為零。在諧振電流減弱的過程中，電容的充電呈現(xiàn)出一種非線性，表明充電達值后充電的速率減緩，最終電壓維持在 570V 左右，這種負載達值后諧振電流減緩而不停止的工作特性也是造成電容充電過沖的原因。

圖 3.15 DCM 和 CCM 臨界狀態(tài)充電電壓仿真波形從圖 3.15 仿真結(jié)果分析可得，LC 串聯(lián)諧振電路工作在 DCM 和 CCM 的臨模態(tài)下，負載電容的充電電壓隨充電時間呈線性上升，因為充電電容兩端的電是充電電流和充電時間的積分，所以可知充電過程中電流是恒定的。負載電容電達值后，充電的速度變緩。由仿真圖可得充電電壓最終維持在 570V 左右，載電容達值后諧振電流仍然存在，只是諧振電流會不斷地減弱直到降為零。在振電流減弱的過程中，電容的充電呈現(xiàn)出一種非線性，表明充電達值后充電的率減緩，最終電壓維持在 570V 左右，這種負載達值后諧振電流減緩而不停止工作特性也是造成電容充電過沖的原因。

流經(jīng)續(xù)流二極管的反向電流也降為到零。下面將結(jié)合理論計算來驗證仿真結(jié)果的可靠性。由特征阻抗公式（3-7）可得：23 0.231 10rrrZ LC（Ω） （3-39）將諧振周期數(shù) m=0 和 m=1 代入式（3-31），可得 1 諧振周期和 2 諧振周期電流的峰值絕對值為：5510550()()''''121212120 ++++rrMCCZCCCCLCCIpeak （A） （3-40）66105504.50.2314.550.231()5()5''''121212121 ++ ++++rrMCCZCCCCLCCIpeak （A） （3-41）現(xiàn)將圖 3.15 的 LC 串聯(lián)諧振電流仿真波形進行放大，則可得圖 3.17，然后將理論算的數(shù)據(jù)與仿真所測數(shù)據(jù)進行對比，其仿真值與計算值基本相同。

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本文編號：2773465