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《华中科技大学》 2004年
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激光热核聚变能源系统研究

钟和清  
【摘要】:激光核聚变装置的研制是一项大科学工程,能源系统是其中最重要的组成部分之 一。随着能源系统容量的不断加大,对能源系统的可靠性、技术性能、功率密度、可维 护性、可监控性等要求也越来越高。目前国内已有的激光聚变装置的能源系统规模均较 小,且功能简单,集成度低,可维护性差。本文的研究内容正是基于大型能源系统高技 术性能指标要求而展开的。 本文分析了传统能源系统的优缺点,指出采用新型能源系统结构的必要性;并针对 能源系统的技术性能指标要求,对能源系统功能进行了分解。分析了新型放电电路结构 下引燃管自闪的原因,首次使用同轴结构改善了引燃管自闪现象,并分析了其工作原理; 给出了快速熔断器参数设计方法;设计了放电回路电气参数;兼顾电磁兼容要求,设计 了能源模块的总体结构布局。 分析指出高频串联谐振电容器充电电源(Capacitor Charging Power Supply-CCPS) 具有平均充电电流恒定、抗负载短路能力强等优点,适于在高电压下对电容器充电。采 用三电平串联谐振 CCPS 能改善充电电压精度,提出了几种驱动控制方案,并进行了分 析比较。 首次提出了一种新型双串联谐振 CCPS 及其控制方案,分析了各个控制方案下的电 气特性,指出各控制方案下均具有平均充电电流恒定和抗负载短路能力强的优点,谐振 电流与输出电压无关,因具有两个串联谐振支路,每个谐振支路可以单独工作且平均充 电电流仍然恒定,因此,即使在开关频率固定的情况下,通过选择谐振支路,仍能改变 充电电流;因两个谐振支路相互独立,每个谐振支路的工作电流可以根据需要任意确定, 且每次谐振只有半个谐振周期对输出电容充电,因而从本质上提高了充电电压精度;这 种新型电路结构及其控制方案,还具有电流谐波小,效率高的优点,同时降低了谐振电 流峰值,适于高精度大功率场合应用。 首次对串并联谐振 CCPS 进行了系统分析,指出在并联谐振电容和串联谐振电容比 值相同时,平均充电电流与输出短路时平均充电电流的比值随输出电压与输入电压的比 值的变化曲线相同,谐振期间电流的正半周时间或负半周时间与输出电压为零时谐振周 期的比值随输出电压与输入电压的比值变化曲线相同;充电电流随输出电压的升高而减 小,谐振电流周期随输出电压的升高而减小。提出了快速设计谐振参数的方法-图表法, 并且利用该方法能够对电源进行有效设计、分析和调试,克服了传统串并联谐振 CCPS 参数设计采用试凑法的不足。 高频高压场合下变压器分布电容和整流桥寄生电容对CCPS工作的影响是不容忽略 I WP=5 的,阐述了高频升压变压器的绕组结构与分布参数的关系,得出了高频升压变压器的等 效电路模型;分析了高压整流二极管的寄生电容,得出了高压整流桥在 CCPS 中的等效 电路;指出实际的串联谐振 CCPS 为串并联谐振式电容器充电电源,变压器和整流桥的 分布电容可采用串并联谐振电容器充电电源中零电流输出方式来获得;采用本文提出的 串并联谐振参数设计方法,进行了参数设计;提出了高频升压变压器参数通用设计方法, 明确了变压器参数设计时应考虑的因素,解决了复杂激磁电压波形的变压器参数设计问 题,实验证明了上述方法的有效性。 分析了能源系统电磁干扰的主要来源,提出了监控系统抗电磁干扰设计方法,包括 结构、硬件和软件;通信系统的可靠性直接关系到能源系统的整体可靠性,给出了改进 后的硬件通信电路;放电电流录波是监控系统的重要任务之一,Rogowski 电流互感器 具有精度高、线性度好、不饱和的优点,常被用作脉冲大电流测量,分析了 Rogowski 线圈的工作原理,给出了其制造工艺要求。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TL63

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张朋朋;高国强;向欣;刘庆想;;高频变压器分布电容的测量[J];电源技术应用;2009年02期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 谭亲跃;大容量脉冲功率系统对电能质量的影响研究[D];华中科技大学;2011年
2 任章鳌;基于储能发电机的高功率重频脉冲电容充电电源系统的研究[D];华中科技大学;2012年
3 李琨;靶场强激光频率变换及传输特性研究[D];四川大学;2007年
4 张杰;基于双向开关型的电力电子变换器研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐冬林;大功率开关电源变压器的铜损伤仿真分析[D];西南交通大学;2011年
2 龙兆芝;神光Ⅲ能源模块中主开关触发系统的研制[D];华中科技大学;2009年
3 张小龙;串联谐振软开关电容器充电电源研究[D];华中科技大学;2009年
4 付荣耀;RSD固态脉冲电源电容充电线性度与稳定度控制[D];燕山大学;2011年
5 王胜;串联谐振式高压电容器充电电源研究[D];华中科技大学;2011年
6 孙思光;基于晶闸管换向的电容器双向充电系统关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
7 王红艳;新型工频恒流型静电除尘电源研究[D];华中科技大学;2011年
8 赵姓斌;串联谐振软开关高频高压除尘电源研究[D];华中科技大学;2011年
9 刘宁;神光Ⅲ能源模块主开关触发系统结构的研究[D];华中科技大学;2011年
10 张华;Marx发生器充电电源研究[D];华中科技大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 汪太平,吴宜灿,刘晓平,王立涛;聚变工程研究中的统一建模与信息集成[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
10 何敏;王建国;;自适应神经网络模糊推理系统在结构振动主动控制中的研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 马仪;周文俊;孙伟忠;喻剑辉;杨帅;盛博杰;;雷电流传感器的研制及性能测试[A];2011年云南电力技术论坛论文集(入选部分)[C];2011年
4 马仪;周文俊;孙伟忠;喻剑辉;杨帅;盛博杰;;雷电流传感器的研制及性能测试[A];2011年云南电力技术论坛论文集(优秀论文部分)[C];2011年
5 张建敏;包炳生;童杭伟;;自然雷击参数捕获系统研究[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
6 龙桐;翟志刚;司廷;罗喜胜;杨基明;;柱状汇聚激波的参数测量[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集(上册)[C];2010年
7 刘佳东;彭天好;朱刘英;胡佑兰;;基于AMESim与Simulink联合仿真的泵控马达复合调速系统控制[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
8 张谷勋;;全面推动我国电除尘器(ESP)电源的高频化进程[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
9 宋兆季;;加热炉温度模糊控制器的研究[A];第十三届中国科协年会第10分会场-节能减排战略与测控技术发展学术研讨会论文集[C];2011年
10 陈萌;叶桦;达飞鹏;;自动售货机主控制器及执行机构的设计与实现[A];第七届全国信息隐藏暨多媒体信息安全学术大会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姜国强;弓网滑动电接触摩擦磨损行为研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 黄小东;ICF激光驱动器前端系统关键技术研究[D];山东大学;2010年
3 刘军;LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计[D];浙江大学;2010年
4 王瑞宝;汽车线束寄生参数和串扰预测研究[D];吉林大学;2011年
5 郑建洲;高功率激光靶面均匀辐照技术的研究[D];大连理工大学;2011年
6 王占辉;湍流强度输运与温度剖面相互作用的模型研究[D];大连理工大学;2011年
7 唐懿文;计算机视频泄漏信号监测平台研究[D];华东师范大学;2011年
8 郑宏;中压静止无功发生器系统研究[D];江苏大学;2011年
9 王伟;ICF激光驱动器频率转换关键问题研究[D];山东大学;2011年
10 涂友超;典型伪码体制引信参数提取及干扰效果研究[D];南京理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 刘经纬;基于DSP的VS1-12/M型永磁真空断路器同步控制系统的研究[D];河南理工大学;2010年
3 谭志远;分数比脉冲变压器技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
4 周林;磁质子反冲谱仪磁分析系统的模拟和实验研究[D];中国工程物理研究院;2010年
5 况清龙;基于逆变器的直流无源滤波器的优化设计及其可视化算法[D];南昌航空大学;2010年
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7 岳光亮;基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计[D];山东科技大学;2010年
8 李保勇;基于时序鉴别的井下低压供电网选择性漏电保护系统的研究[D];山东科技大学;2010年
9 王岩庆;高校用水计量与远程抄表管理系统的设计[D];山东科技大学;2010年
10 赵杰;基于无线传输的主井绞车温度监测系统设计[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨继深;共模干扰和差模干扰[J];安全与电磁兼容;2002年02期
2 刘国友;IGCT——GTO技术的最新进展[J];半导体技术;2000年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 陶业争;高强度超短脉冲激光与固体等离子体相互作用研究[D];中国原子能科学研究院;2001年
2 王洋;静电除尘器运行故障诊断方法和实时监测技术的研究[D];大连理工大学;2003年
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4 欧阳长莲;DC-DC开关变换器的建模分析与研究[D];南京航空航天大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牟树君;空心脉冲发电机励磁与控制系统的研究[D];华中科技大学;2009年
2 李涛;高库仑量大电流气体火花开关的工程应用研究[D];华中科技大学;2009年
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4 许建军;强流电子束加速器重复频率脉冲电源研究[D];西南交通大学;2003年
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7 张文利;高压大功率开关电源技术的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2003年
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10 李新;电力变压器绕组中的涡流损耗及其温度场研究[D];河北工业大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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2 王刚;杨慧娜;;大功率非晶合金电子变压器的优化设计[J];华北电力大学学报(自然科学版);2012年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张晓峰;小型混合动力车中电力驱动装置的若干关键技术研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林芳建;基于全桥串联谐振的电容器充电电源研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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4 赵宇晗;强激光长程传输受激转动拉曼散射增益系数测量方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 王胜;串联谐振式高压电容器充电电源研究[D];华中科技大学;2011年
6 赵姓斌;串联谐振软开关高频高压除尘电源研究[D];华中科技大学;2011年
7 杨阳;Buck型交流斩波调压器研究[D];上海交通大学;2012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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4 邹积岩,段雄英,张铁;罗柯夫斯基线圈测量电流的仿真计算及实验研究[J];电工技术学报;2001年01期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 沈小宇;;电磁兼容学科综述[A];电气技术发展综述[C];2004年
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10 冯鹏;李田;;电磁兼容技术在某型导弹指挥通信系统中的应用[A];中国物理学会第十一届静电、电磁防护与电磁兼容学术年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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4 邸允柱;TDK:电磁兼容领域做精做专[N];中国电子报;2006年
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6 记者 沈莉;我将建国际一流电波暗室[N];中华工商时报;2006年
7 刘正午;广东医械所扩项电磁兼容[N];医药经济报;2008年
8 张国华;中国电磁兼容认证中心与天津技术机构签约[N];中国质量报;2005年
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10 本报记者 任燕军 张锋 本报特约通讯员 张文新 容平;挺进“第五维战场”[N];解放军报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10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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5 高伟娜;高频逆变电源及其信号实时检测技术的研究[D];河北工业大学;2005年
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8 任旭;基于CPLD的全桥谐振式大功率脉冲激光电源的研究[D];长春理工大学;2004年
9 张华玉;车载SCR控制器电磁兼容性设计[D];武汉理工大学;2011年
10 家淑云;雷击变电站地网引起的电磁干扰对二次设备的影响及电磁兼容性问题[D];华北电力大学;2001年
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