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《北京交通大学》 2008年
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航天器大气环境模拟用高压大功率电弧加热器电源系统研究

郭文杰  
【摘要】: To improve the research ability in aeronautics, there are strategic significance in designing the safety and adaptable arc heater with perfect control and reiteration performance. Based on the power supply system of 63MW high voltage, high power arc heater for reentry environment simulation, which is the biggest in China and the fourth in the world, the research works are focused on the power supply system of high voltage, high power arc heater. The dissertation includes the main works as follows: The distribution of working points is researched and the scheme of high voltage, high power multi-ply bridges and phase-shifted thyristor power supply with 63MW rating output is developed. It is combined by two phase-shifted rectifier power supplies and each power supply is realized by three multi-ply bridges units in series, which has three series converter bridges. The developed power supply system has the max 36 pulses output, flexible modes, fast responsibility, high redundancy and minimal pollution to grid line. With the stable digital control system based on SIMADYN D controller and the safety photoelectrical trigger circuit with fiber, it is effective in satisfying the requirement such as safety, fast responsibility, accuracy, repeatability, high efficiency and adaptability and automation by arc heater system. Best modes of the working states of arc heater are developed by calculation and simulation. The most important parameters are researched and designed. Based on the analysis of characteristic match of system, distributions and conditions of arc stability in arc heater, a new series-wound nonlinear correction and forecast complex control strategy with feed-forward and nonlinear feed-back is developed to improve the static and dynamic quality of system. Feed-forward control is realized by calculating the numeric nonlinear model off-line, which can quicken the voltage building during the getting up of arc and guarantee the exact control of arc heater in absence of external disturbance. Feedback control with nonlinear function of error can match the arc characteristic and resist or eliminate possible disturbance in operation. Also it can guarantee the arc stability and improve the robustness against the load uncertainty. Configuration and complement of the 63MW high voltage, high power multi-ply bridges and phase-shifted thyristor power supply system is researched. A new epitaxy delta phase-shifted tripantisan transformer with several merits such as coherence, robust to over-shoot, high iron utilization, flexibility, is developed to adapt for the scheme of multi-ply bridges with arc load. Smoothing reactor without iron core is developed to apply in power supply of arc heater system from function, cost and field, which can avoid the saturation of iron core. Effective design of converter cabinet and etc, whole digital control system consisted of SIMADYN D controller, PLC and operate system, photoelectrical trigger system with fiber of high voltage thyristor complete the system function and improve the robustness and EMC. The main influences on arc establishment process are discovered during the test. Based on it the key parameters in design and control to assure the arc establishment are developed. Also the restriction relationships from arc establishment to arc stability are proposed, which are useful to arc heater with power supply applying thyristor. The experimental results of constant state and variable state by Huels arc heater and segmented arc heater are provided to verify the vitality and good benefit of the proposed scheme, control strategy and design. The max power records of our aerospace simulation tests are created, which improves our ability in aerospace simulation test.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:V242.2

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 戴隽文;郝瑞祥;游小杰;;一种用于大功率电弧加热器的等离子电弧模型[J];电工技术学报;2011年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张钢;城市轨道交通能馈式牵引供电变流系统关键技术研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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4 戴隽文;大功率电弧加热器系统的仿真研究[D];北京交通大学;2010年
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6 陈明敏;连续弧等离子点火电源技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张元文;空间电磁对接/分离动力学与控制研究[D];国防科学技术大学;2013年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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2 郭文杰;航天器大气环境模拟用高压大功率电弧加热器电源系统研究[D];北京交通大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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4 占友雄;张认成;杨建红;杨凯;;基于Camberra距离的串联电弧故障诊断方法[J];电力系统保护与控制;2014年12期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 张楠;双源耦合等离子体点火技术的试验研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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3 国义军;;空气动力学前沿问题研讨会文稿:电弧加热器试验条件下端头烧蚀外形计算[A];高超声速前沿问题研讨班[C];2002年
4 彭锦龙;陈连忠;;C/C材料烧蚀风洞实验设计方法[A];第八届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2010年
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭文杰;航天器大气环境模拟用高压大功率电弧加热器电源系统研究[D];北京交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 戴隽文;大功率电弧加热器系统的仿真研究[D];北京交通大学;2010年
2 胡官鹏;大功率电弧加热器电源串并联运行控制系统研究[D];北京交通大学;2012年
3 喻明浩;20kW电弧加热器数值模拟及实验研究[D];山东大学;2012年
4 杨鸿;超声速湍流平板烧蚀试验技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
5 张友华;碳化复合材料导热系数测量试验研究[D];国防科学技术大学;2007年
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