北京交通大学博士学位论文航天器大气环境模拟用高压大功率电弧加热器电源系统研究姓名：郭文杰申请学位级别：博士专业：电力电子与电力传动指导教师：郑琼林20080601中文摘要中文摘要为了提高我国航天研究的技术水平，研制安全可靠、重复性强、控制品质优良、适应性和自动控制性能出色的电弧加热器装置具有重要的战略意义。本论文以国内容量最大、世界第四位的航天器大气环境模拟用63MW高压大功率电弧加热器电源系统为载体，围绕高压大功率电弧电源的研制开展研究。本文主要开展了如下一些工作：研究了电弧加热器系统的工作参数分布，提出了额定输出63MW的高压大功率叠桥相移组合晶闸管电源系统方案，由两套相移整流电源移相串／并联组合而成，每套相移整流电源由三组叠桥整流单元移相串联构成，叠桥整流单元由三个可控整流桥串联叠加构成。最大36脉波输出的电路拓扑组合模式灵活、动态响应快、冗余度高、对电网污染小，辅之以SIMANDYND为核心的稳定快速的全数字控制系统及高压光纤光电触发系统，出色满足了高压大功率电弧加热器电源系统装置安全稳定、快速准确、重复性强、高效灵活、适应多种加热器负载和网络自动化的要求。通过计算和仿真相结合的方式研究了电弧加热器给定工作点的电源推荐组合模式，并针对重点参数进行了设计。研究了电源系统与负载的特性匹配、电弧稳定燃烧的条件和要求，提出了一种前馈和反馈相结合的串联非线性校正预测复合控制方法，可满足电弧加热器的稳态和动态品质指标。复合控制中通过离线数字非线性模型计算解的在线计算方式实现前馈控制，可加快起弧过程中击穿电压的建立速度，提高起弧成功率，并确保在无扰动情况下的精确控制。通过具有误差非线性校正功能的电流反馈控制匹配电弧特性，并抑制和消除电弧加热器运行中可能出现的干扰，保证电弧稳定，提高控制系统的鲁棒性。研究了63MW高压大功率叠桥相移组合晶闸管电源系统的结构和实现方式，提出了一种绕组具有外延三角形移相和三分裂特点的整流变压器结构方案，具有参数一致性好、承受冲击能力强、铁芯利用率高、使用灵活方便等多种优点，适合为电弧负载电源系统的叠桥单元供电。从功能性、经济性和现场布置角度提出了空心电抗器结构在电弧加热器电源系统中的应用，避免铁芯电抗器固有的铁芯饱和现象；对整流柜和其他现场配套设备、以SIMADYND控制器为核心、包括PLC和上位机操作程序的全数字控制系统、以光纤为媒介的高压晶闸管光电触发中文摘要系统进行了合理设计...
