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稳态强磁场是一种重要的现代科学研究工具,即将建设的稳态强磁场实验装置将使我国成为世界五大稳态强磁场科学中心之一。装置所需高稳定度电源系统功率高达数千千瓦,而其直流侧要求将负载的电流纹波限制在数十ppm以内,单纯依靠无源滤波难以满足该要求,需对大功率高稳定度电源的直流有源滤波加以研究。
论文系统介绍了我国即将建设的稳态强磁场装置中大功率高稳定度电源的结构,对电源的各组成部分进行了初步的分析设计。结合无源LC滤波器的设计,对整流电源平衡电抗器提出了改进形式。针对整流电源实际运行时可能出现的各种非理想情况,提出了波形分析法,并将其和传统的开关函数法共同用于实现对整流电源直流侧非特征谐波的分析,得出了不同非理想运行情况下直流侧非特征谐波的成分及其含量,为直流侧无源及有源滤波器的设计提供一定的参考依据。
论文研究了串联型大功率高稳定度电源的有源滤波原理,并对其实现方案进行了详细的分析。针对传统串联型有源滤波器存在投资高、损耗大的不足,论文采用了并联型有源滤波技术。在对并联型有源滤波器的基本工作原理及其检测控制加以详细分析论述的基础上,结合传统的线性调整及现代电力电子器件的优点,论文采用了两种用于大功率电源场合中的并联有源滤波的实现方案:并联型PWM有源滤波和并联型线性有源滤波。论文分别就这两种有源滤波器的模型及其实现等相关问题进行了分析论述,给出了系统参数的设计方法,并对系统进行了相应的建模仿真。在理论研究的基础上确定了具体的实验方案,完成了实验样机的研制。实验结果表明论文采用的并联型有源滤波器具有较好的低次纹波的抑制能力,论文的研究成果为稳态强磁场实验装置中大功率高稳定电源系统的有源滤波设计提供一定的借鉴和参考。