基于J-A模型的强杂散磁场下开关电源失效机理研究

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随着磁约束核聚变研究的发展,现代托卡马克装置的运行参数不断提高,装置周围的杂散磁场也不断增强,高强度的杂散磁场会造成托卡马克装置现场电力与电子设备的失效问题,从而对装置的稳定运行构成巨大威胁。辅助供电电源在托卡马克测控系统中广泛使用,且对杂散磁场极为敏感,研究辅助供电电源强杂散磁场干扰问题,对于保障未来大型托卡马克装置的可靠运行有着重大意义。针对辅助供电电源强杂散磁场干扰问题,本文以开关电源为研究对象,就其在杂散磁场下的失效问题进行了研究,主要完成了如下工作:(1)实验研究了不同角度和强度的杂散磁场对磁芯磁滞曲线的影响规律。推导了J-A(Jiles-Atherton)模型,并研究了其参数对磁滞曲线的影响规律。基于200 m T/0.3m小型磁场抗扰度测试平台,完成了不同角度与强度外磁场作用下磁芯磁滞回线的测量,总结了外磁场角度和强度对磁芯工作特性的影响规律。(2)提出了改进的人工蜂群算法,实现了外磁场下磁芯J-A模型关键参数的快速准确识别。提出了基于改进的人工蜂群算法的外磁场下J-A模型参数识别方法,并通过与其他算法的对比,验证了该方法的优越性。基于此方法,完成了不同角度和强度外磁场下的磁芯参数识别,总结了外磁场对J-A模型参数的影响规律。(3)基于J-A模型建立了开关电源的电路-外磁场耦合分析模型,研究了外磁场对开关电源工作特性的影响规律。仿真分析了不同角度、强度外磁场下开关电源的输出特性,揭示了外磁场下开关电源的失效机理,即外磁场引起了磁芯的工作区间的改变。最后,基于磁场抗扰度测试平台,开展了外磁场作用下开关电源的工作特性实验研究,校验了理论分析模型的结果。本文工作为外磁场下开关电源失效问题的研究奠定了基础,为开关电源强杂散磁场干扰问题的解决提供了有益借鉴。
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