海洋电磁发射机DC/DC可控源电路研究

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随着人类对化石燃料消费的不断增加及其储量有限之间矛盾的加剧正使能源危机日趋逼近,探测和开发海洋资源,具有可持续发展的深远战略意义。海洋可控源电磁探测法是目前进行海洋资源勘探的有效手段,海洋电磁发射机是海洋电磁探测系统的硬件基础。论文对海洋电磁发射机DC/DC可控源电路进行了深入的理论和应用研究,涉及电路结构、工作过程分析、数学建模、特性分析、控制策略、系统设计、参数设计等方面。作者在以下工作的基础上对海洋电磁发射机DC/DC可控源电路的一些关键问题提出了自己的研究方法和思路:  1.建立了海洋电磁发射机移相软开关DC/DC可控源电路的数学模型。为了提高发射机的效率,缩小发射机的体积,DC/DC可控源电路采用高频软开关技术,但电路工作状态增多,直接建模困难,通过分析双极性硬开关DC/DC可控源电路的工作过程和数学建模,考虑到负载电流和输入电压对移相软开关电路的影响,建立了海洋电磁发射机移相软开关DC/DC可控源电路的数学模型,并设计了双闭环控制系统,实验结果表明输出电磁波具有良好的动静态性能。  2.提出了一种ZVZCS DC/DC可控源电路。移相软开关DC/DC可控源电路存在环流能量大、效率低、占空比丢失严重等问题,为此提出了一种ZVZCSDC/DC可控源电路,在变压器原边增加了一个饱和电感和一个隔直电容,采用非对称移相控制,仿真和实验结果表明,该电路实现了超前桥臂的ZCS开通和ZVS关断以及滞后桥臂的ZCS开关,减小了环流能量和占空比丢失,提高了变换效率。  3.提出了一种三电平DC/DC可控源电路。由于前级Boost功率因数校正会导致直流输入电压升高(近千伏),两电平DC/DC可控源电路不能满足要求,为此提出了一种改进型的三电平DC/DC可控源电路,在变压器副边增加了一个换流电感,文中分析了电路工作过程和特性,仿真和实验结果表明,每个开关管承受输入电压的一半,换流电感解决了滞后桥臂换流困难问题,实现了全功率范围内开关器件的零电压开关。  以中科院科研装备研制项目“海洋可控源电磁探测系统”为背景,研制了一台200A的海洋电磁发射机。采用移相软开关DC/DC可控源电路搭建了海洋电磁发射机工程样机,给出了参数设计和元器件选取原则,对电路热损耗进行了仿真计算和实测对比,设计了上位机监控软件,最后进行了湖水试验和出海测试,该发射机安装在23cm(D)*780cm(L)的圆筒形密闭仓体内,效率大于90%,发射频率范围为0.05~100Hz,圆满完成了预定任务。
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