多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電的高壓脈沖電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓脈沖電源技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種面向多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電應(yīng)用的負(fù)極性高壓脈沖電源。
【背景技術(shù)】
[0002]流動控制可分為被動控制和主動控制兩大類，主動控制是在流場中直接注入合適的擾動模式和能量，使其與系統(tǒng)內(nèi)流動發(fā)生某種相互作用實(shí)現(xiàn)控制，控制效果可根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。合成射流作為一種全新的主動流動控制技術(shù)，無需氣源供應(yīng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、工作頻帶寬和零質(zhì)量流率等特點(diǎn)，在流動控制領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。隨著等離子體技術(shù)的飛速發(fā)展，等離子體合成射流技術(shù)在高速流場控制中有著極大的優(yōu)勢。
[0003]目前，產(chǎn)生等離子體合成射流的電源主要有以下幾種:
[0004]法國宇航局研制了兩種脈沖變壓器型電感儲能型和電容儲能型的電源，將其應(yīng)用于等離子體合成射流實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在間距為1.2mm的條件下，放電電壓約為4.7kV，電感儲能型電源的放電電流約為30A，電容儲能型電源的放電電流約為250A(BelingerA, Hardy P，Barricau P，et al.1nfluence of the energy dissipat1n rate in thedischarge of a plasma synthetic jet actuator[J].Journal of Physics D:AppliedPhysics, 2011，44(36):365201.)。其設(shè)計(jì)的電源在高壓側(cè)串聯(lián)有限流電阻，這會使得電源的重復(fù)頻率低、能量轉(zhuǎn)換效率低。
[0005]德克薩斯大學(xué)研制了一套面向等離子體合成射流應(yīng)用的激勵(lì)源，該激勵(lì)源包括高壓直流電源、儲能電容、限流電阻、MOSFET開關(guān)等器件。在5mm間距下，放電點(diǎn)電壓約為2.2kV，放電電流約為 3A (Narayanaswamy V, Raja L L, Clemens N T.Characterizat1n ofa high-frequency pulsed-plasma jet actuator for supersonic flow control[J].AIAAjournal, 2010，48(2):297-305)。該裝置結(jié)構(gòu)相對零散，功率較小，產(chǎn)生的等離子體合成射流速度較低。
[0006]國防科技大學(xué)利用直流源和脈沖源配合研究三電極等離子體合成射流特性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利用兩種電源的配合可以明顯降低等離子體合成射流激勵(lì)器的擊穿電壓(Wang L1XiaZ, Luo Z, et al.Three-Electrode Plasma Synthetic Jet Actuator for High-Speed FlowControl [J], AIAA Journal, 2013，52(4):879-882.)。但利用兩臺電源的配合增加了裝置的復(fù)雜性，不利于實(shí)際應(yīng)用。
[0007]空軍工程大學(xué)利用磁壓縮式納秒脈沖電源研究等離子體合成射流的氣動特性，脈沖源的輸出電壓最大50kV，頻率最大為5kHz，上升沿20ns-30ns，半高寬50ns，實(shí)驗(yàn)中放電電壓約為4.7kV，放電電流為20A(賈敏，梁華，宋慧敏，等.納秒脈沖等離子體合成射流的氣動激勵(lì)特性[J].高電壓技術(shù)，2011，37(6): 1493-1498.)。此類電源的放電電流較小，不利于等離子體合成射流激勵(lì)器腔體的加熱。
[0008]中國科學(xué)院電工研究所對多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電進(jìn)行了研究，專利(申請?zhí)?015100580904)公開了多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電的裝置及方法，其裝置包括多個(gè)高壓模塊，通過開關(guān)同步觸發(fā)技術(shù)對多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器進(jìn)行同步激勵(lì)，使多個(gè)激勵(lì)器同步放電，但是這種裝置采用多個(gè)高壓模塊，增加了裝置的復(fù)雜性。
[0009]綜上所述，國內(nèi)外大多是在研究單個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器的特性，而且使用的電源裝置也存在許多缺點(diǎn)。不能使多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不緊湊，放電電流小，等離子體合成射流速度低，工作效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電的高壓脈沖電源，該電源可同步輸出多路1kV負(fù)極性高壓脈沖對多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器進(jìn)行同步激勵(lì)，能夠使多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電，且單個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器的放電電流超過100A。
[0011]本發(fā)明提供了一種多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器同步放電的高壓脈沖電源，包括:
[0012]主電路模塊，其分別與控制電路模塊、供電模塊和保護(hù)電路模塊連接，所述主電路模塊用于產(chǎn)生多路同步負(fù)極性高壓脈沖；
[0013]控制電路模塊，其分別與所述主電路模塊、所述供電模塊和保護(hù)電路模塊連接，所述控制電路模塊用于產(chǎn)生IGBT開關(guān)驅(qū)動信號；
[0014]供電模塊，其分別與所述主電路模塊和所述控制電路模塊連接，所述供電模塊為所述主電路模塊和所述控制電路模塊供電；
[0015]保護(hù)電路模塊，其分別與所述主電路模塊和所述控制電路模塊連接，所述保護(hù)電路模塊保護(hù)所述主電路模塊中的晶閘管開關(guān)和所述控制電路模塊中的IGBT開關(guān)。
[0016]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述主電路模塊包括調(diào)壓電路、升壓電路、整流電路、充電電路、開關(guān)電路、負(fù)載；
[0017]所述調(diào)壓電路的一端與所述升壓電路的一端相連，所述升壓電路的另一端與所述整流電路的一端相連，所述整流電路的另一端與所述充電電路的一端相連，所述充電電路的另一端與所述開關(guān)電路的一端相連，所述開關(guān)電路的另一端與所述負(fù)載相連。
[0018]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，
[0019]所述調(diào)壓電路為第一交流調(diào)壓器，對220V交流市電進(jìn)行調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)；
[0020]所述升壓電路為升壓變壓器，對所述第一交流調(diào)壓器的輸出電壓進(jìn)行升壓；
[0021]所述整流電路由四只高壓整流二極管、第一限流電阻和第一儲能電容組成，第一整流二極管、第二整流二極管、第三整流二極管和第四整流二極管構(gòu)成整流橋，所述整流橋的輸入端與所述升壓變壓器的輸出端相連，所述升壓變壓器的輸出端經(jīng)所述第一限流電阻與所述第一儲能電容的兩端相連，對所述升壓變壓器輸出的交流電壓進(jìn)行整流，經(jīng)所述第一限流電阻給所述第一儲能電容充電，將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海?br>[0022]所述充電電路由限流電感、隔離二極管、多個(gè)放電電容和多只續(xù)流二極管組成，所述第一儲能電容的一端與所述限流電感的一端相連，所述限流電感、所述隔離二極管、多個(gè)放電電容、多只續(xù)流二極管串聯(lián)連接，每只續(xù)流二極管的一端與所述儲能電容的另一端相連并接大地，多個(gè)放電電容與多只續(xù)流二極管串聯(lián)構(gòu)成的支路并聯(lián)連接；
[0023]所述開關(guān)電路由電感、十一只晶閘管開關(guān)、十一只續(xù)流二極管、十一組靜態(tài)均壓電阻構(gòu)成的靜態(tài)均壓電路和i^一組動態(tài)均壓電阻、i^一組動態(tài)均壓電容串聯(lián)構(gòu)成的動態(tài)均壓電路組成；在單組晶閘管系統(tǒng)電路中，單組晶閘管驅(qū)動電路與單組靜態(tài)均壓電路、單組動態(tài)均壓電路并聯(lián)連接；十一組晶閘管系統(tǒng)電路串聯(lián)連接組成晶閘管串聯(lián)式高壓開關(guān)，所述高壓開關(guān)的一端與所述電感的一端相連，所述電感另的一端與所述隔離二極管的陰極相連，所述高壓開關(guān)的另一端與第一儲能電容的一端相連，控制多個(gè)放電電容的工作狀態(tài)；
[0024]所述負(fù)載由多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器、多只限流二極管組成，單個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器由腔體、帶孔蓋及穿過腔體兩根相對的間距可調(diào)節(jié)的鎢針電極構(gòu)成，單個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器的一端與單只限流二極管的陽極相連，單只限流二極管的陰極與單個(gè)放電電容的一端相連，等離子體合成射流激勵(lì)器的另一端與所述第一儲能電容的接地端相連，多個(gè)放電電容、多只續(xù)流二極管、多只限流二極管、多個(gè)等離子體合成射流激勵(lì)器的連接方式與上述連接一致。
[0025]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述主電路模塊的開關(guān)保護(hù)電路為吸收電阻與吸收電容串聯(lián)的Re電路，其與尚壓晶兩管開關(guān)并聯(lián)，吸收尚壓晶丨?管開關(guān)在開通及關(guān)斷時(shí)廣生的電壓尖峰。
[0026]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述控制電路模塊包括脈沖發(fā)生器模塊和開關(guān)驅(qū)動電路，所