中国电源学会

电源科技奖获奖展示 | 二等奖：用于航天器通信黑障消除的特种电源研究

更新日期：2019/11/19 9:50:09 浏览量：869

完成单位：哈尔滨工业大学、中国工程物理研究院流体物理研究所主要完成人：鄂鹏、马勋、凌文斌、李洪涛、于治国、徐风雨、毛傲华项目亮点本项目提出了多模块分时放电和电感型负载并联二极管续流的方式补偿脉冲电流平顶的技术方案，解决了传统方式对线圈负载实现较长平顶脉冲电流输出时能量耦合效率低下的问题。项目介绍本项目属于特种电源科学技术领域。在制空天权时代，缓解航天器的通信黑障具有重要意义。脉冲磁窗技术利用脉冲磁场缓解黑障，与稳态磁窗相比，脉冲磁窗系统的体积和质量显著降低。具有较长平顶的脉冲大电流源是开展脉冲磁窗技术研究的关键技术之一。针对在数十μH负载上产生长脉宽平顶大电流的需求，本项目提出了多模块分时放电和电感型负载并联二极管续流的方式补偿脉冲平顶电流的技术方案。主要技术内容为：1）优化了脉冲形成电感和开关组件的动态缓冲电路设计，解决了由于负载具有较大初始电流和模块耦合效应导致的晶闸管开关自击穿问题。2）研究了影响晶闸管在大电流放电条件下器件绝缘恢复特性的因素、各模块参数设计和放电时序对输出脉冲波形的影响规律、放电过程中开关器件上瞬态脉冲电压的形成机制和抑制方法，解决了模块之间放电隔离失效和波形调控问题。3）提出了二极管反向注入电流上升率控制方法和动态电压均衡调节方法，实现了大电流二极管在峰值电流30kA、重复频率1kHz下的可靠运行。4）优化了晶闸管开关器件及触发电路板空间布局，结合屏蔽和触发隔离措施解决了瞬态电磁场环境下开关触发电路受干扰误动作的问题。5）提出了基于各放电模块输出电流波形在线实时分析的电源运行控制策略，提高了电源系统的运行可靠性和抗故障冲击能力。本项目在39.6 μH/6.5 mΩ线圈负载上实现了峰值电流30 kA、平顶宽度12 ms的脉冲电流输出。相比电容器组或脉冲形成网络方式，本项目使耦合至负载的能量效率分别提高了32和22倍，相应电源系统储能仅分别为前两者的3%和5.5%。通过调整投入运行的放电模块数量和放电时序，可以实现输出脉冲电流波形的灵活调节。
本项目研制的长平顶脉冲大电流源已经在脉冲磁场调控等离子体鞘套的研究中得到了应用，获得了脉冲磁场调控等离子体的规律，解决了航天器通信黑障消除的技术难题。此外，该电源技术对电磁发射、电磁成型等研究和工业应用具有重要拓展价值。项目图片  <img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6370975398391278912384833.jpg" title="序号6_12_2_IMG_20190329_172749.jpg" alt="序号6_12_2_IMG_20190329_172749.jpg" width="350" height=""/>    <img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6370975401496255359033400.jpg" title="序号6_12_3_IMG_20190329_172702.jpg" alt="序号6_12_3_IMG_20190329_172702.jpg" width="350" height=""/><img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6370975407160416531561561.jpg" title="序号6_12_4_IMG_20190329_174334.jpg" alt="序号6_12_4_IMG_20190329_174334.jpg" width="350" height=""/>项目完成单位 1. 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学：直属中华人民共和国工业和信息化部，位于黑龙江哈尔滨，是一所立足航天、服务国防、面向国民经济主战场的百年工科强校。项目依托单位，负责项目的组织实施和管理，包括组织研究方案的讨论、编制和审查。负责项目进展和完成情况的监督检查，为本项目电源的应用研究提供实验环境、设备等保障条件。该研究项目得到项目依托单位申请的自然科学基金经费支持，项目已经应用于脉冲强磁场对等离子体的调控研究中。2. 中国工程物理研究院流体物理研究所中国工程物理研究院流体物理研究所：中国工程物理研究院下属第一研究所，位于四川绵阳，主要从事我国核武器实验物理研究、先进常规武器研制和高新技术武器的研究及生产。项目协作单位，提供技术支持，提供装配与实验场地，负责本项目脉冲电源方案的实验验证、电源的制造、装配和集成，负责本项目电源带假负载时的调试与技术改进，负责本项目脉冲电源的可靠性与安全性测试评估。第一完成人简介    <img src="http://file.cpss.org.cn/Resource/UploadFile/6370975412409345225995098.jpg" title="序号6_12_1_鄂鹏.jpg" alt="序号6_12_1_鄂鹏.jpg" width="300" height=""/>   鄂鹏   教授/博导 哈尔滨工业大学鄂鹏：男，1981年2月生，教授、博士生导师。分别于2002年、2004年、2009年在哈尔滨工业大学获得学士、硕士和博士学位。2013年1月-12月，普林斯顿大学等离子体物理国家实验室访问学者。哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院副院长，国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”空间等离子体系统负责人。先后主持973子课题、863计划、国家自然科学基金、军兵种预研等项目20余项，主要从事等离子体电磁调控、电磁波与等离子体相互作用、空间等离子体地面模拟等方向的研究。目前，担任中国工程物理研究院客座研究员、中国电源学会特种电源专业委员会常务委员、全国专业标准化技术委员会委员和中国通用机械工业学会真空设备分会标准化工作委员会委员。

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