电气安全性措施分析论文提纲

论文题目：电磁发射用高精度高可靠性脉冲功率电源关键技术研究

摘要：提升轨道炮的发射精度和可靠性是当下亟需解决的工程化应用难题。基于电容储能的脉冲功率电源是广泛应用于轨道炮系统的核心能源驱动装置,电源的输出特性对于轨道炮的发射精度具有重要影响,同时,电源的安全可靠工作是保证轨道炮系统获得高精度驱动能源的前提。本文首先开展了脉冲功率电源电气参数对轨道炮发射精度的影响分析,以探索高精度脉冲功率电源的参数控制方法。为此论文建立了电磁发射系统的完整仿真模型。分析了轨道炮电磁力、摩擦力以及运动方程,建立了轨道炮电路仿真模型;针对脉冲功率电源的大功率器件参数随放电瞬态变化难以实测的特点,采用频域和时域电磁场仿真得到脉冲电感的瞬态电感和电阻变化模型;同时实测得到电源模块的杂散参数,建立了单模块电源仿真模型;最终给出了完整的电源轨道联合仿真模型,该模型能够较好地模拟实际发射实验中的电流波形和发射初速等参数。论文之后采用电磁发射全系统模型分析了电源各电气参量单独存在偏差时对炮口初速精度的影响,并提出精度控制方法。明确了放电电压分散性（0～-10‰）、电容量损耗（0～10‰）、外界温度变化（±10℃）等因素单独作用时对炮口初速精度影响最大,三种因素分别造成16‰、7.88‰和10.94‰的初速偏差。半导体器件的导通电阻变化和晶闸管导通时延分散性等因素对初速精度影响较小。结合理论分析以及相关电气参数的实测结果,提出了指定初速精度下的电源电气参数精度控制分配方案。针对电容量随着放电次数增加的损耗问题,提出了根据在线测量电容量的变化进行电压弥补调节的方法,仿真模拟给出了对应电容量变化的电压调整曲线。本文同时针对脉冲功率电源的安全可靠性开展了几项关键技术研究。具体工作如下:（1）完成电源拓扑结构安全性优化分析。针对基本拓扑在并联运行时存在单模块晶闸管损坏后无法与其余放电模块隔离的潜在风险,提出增加保护二极管器件的改进回路,论证了该措施的可行性。（2）开展脉冲功率电源模块的电磁兼容研究。建立了电源的三维瞬态电磁场仿真模型,分析了材料特性以及材料厚度对于磁场屏蔽的影响。同时开展了框架接地方式实验研究,明确了采用5kΩ电阻接地相比框架悬浮能够显著降低电位抬升,且对于远离脉冲电感、铜排的框架点,电位峰值降低更加明显,而接地点处的电位没有明显下降。（3）完成电源模块内部力学敏感器件的电磁力评估。采用瞬态电磁场和结构力场的耦合分析,仿真了脉冲电感本体的应力特点,为包覆层的设计提供参考。开展脉冲电感引出线方向优化分析,得出了径向方向引出时所受电磁力最小的结论。计算出5mm和4mm厚度的铜排在通流峰值时的应力分别为32MPa和45MPa,为模块的轻小型化设计提供参考。总得来说,本文明确了脉冲功率电源电气参数对轨道炮发射精度的影响程度大小,探索了指定初速精度下的电源参数控制方法,为提高轨道炮发射系统的精度奠定基础;并研究了如何提高电源的可靠性,最终服务于提高轨道炮系统发射精度和安全可靠工作能力的目标。