电磁发射用电感储能脉冲电源能量回收方法研究

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脉冲功率技术由于其高能量密度和强电磁场环境的特点,被广泛应用于国防军事和高新技术等领域,是各国科研人员重点研究和发展的对象之一。随着超导技术和高温超导带材的发展,电感储能脉冲电源对于实现脉冲电源设备的轻量化、小型化和重频化等方面都有着重要性。其中,电磁发射是目前电感储能脉冲电源的重要应用领域之一。为了满足电磁轨道炮连续发射的性能需求,课题组在之前的研究中提出了一种基于半导体器件的反流换向(ICCOS)技术的连续脉冲电源电路,该电路能够在电磁发射过程中回收系统中的剩余能量,避免在电磁发射结束后产生炮口电弧。同时,该电路还引入晶闸管作为主开关,在一定程度上提高了其在电磁发射领域的应用能级。但是,当使用基于ICCOS的连续脉冲电源电路驱动电磁轨道炮时,随着负载电感的增加,该电路回收系统剩余能量的时间将增加。如果剩余能量回收速度过慢,将影响弹丸的出口速度以及发射轨道的长度,不利于该电路在电磁发射领域的应用。针对上述问题,本文基于电感与电容结合回收能量的方法,提出了一种基于ICCOS的连续脉冲电源改进电路。该电路以基于ICCOS的连续脉冲电源为基础,在能量回收阶段通过副边电容与负载电感形成振荡回路从而实现剩余能量的快速回收。通过对改进电路的仿真和对比分析,证明了改进电路不仅保留了原电路的优势,并且加快了剩余能量的回收速度,初步验证了该电路的可行性。然后,分别搭建了基于ICCOS的连续脉冲电源电路及其改进电路的实验平台,通过实验结果和对比分析对改进电路的可行性进行了验证。最后,采用基于ICCOS的连续脉冲电源改进电路驱动增强型电磁轨道炮,通过仿真验证了改进电路用于电磁发射的可行性,并进行了对比分析,进一步研究了改进电路在电磁发射系统中作为驱动电路的优势。综上所述,本文提出的基于ICCOS的连续脉冲电源的改进电路在提高电感储能脉冲电源能量回收速度方面具有较大的优势,可为电感储能脉冲电源在电磁发射领域的发展提供一种可行的技术方案。
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