随着现代科技快速发展,紧凑型重复频率的Marx发生器广泛应用于污水处理、结石破碎、材料处理和混凝土破碎等方面,Marx发生器主要由电感、高压电容器、气体开关等器件组成,高压电容器是目前最常用的储能方式,对其充电电源控制方法的研究显得尤为重要。目前,高压电容器常用的充电方法有:线性充电、谐振充电和高频恒流充电,其中高频恒流充电方式,具有充电效率高、频率快和稳定好等优点而得到广泛应用,故本文采用高频恒流充电方式。高频恒流变换器充电方式的拓扑结构主要有串联、并联和串并联,三种拓扑结构的充电电源都具有各自在特定情况下的优势。与并联、串并联谐振变换器充电电源相比,串联谐振变换器充电电源具有较强抗短路能力和较小输出电流,同时其输出电流完全取决于电路中特征阻抗的大小,所以本文采用串联谐振变换器作为高频恒流充电电源的拓扑结构。为了使高压恒流充电电源具有充电电流恒定、充电精度高、稳定性好等优点,需要对其充电方式提出可靠的控制策略。在目前的充电电源控制系统中,大多使用传统PID控制方法进行系统控制,但是,针对高压恒流充电电源而言,当系统参数发生变化时,使用传统PID控制方法进行控制,系统的跟随性较差,不能满足恒流充电电源基本性能指标要求,所以本文提出基于Marx发生器充电电源智能控制方法的研究。本文首先针对串联谐振变换器的拓扑结构进行建模,介绍了电源充电的三种工作方式,并比较其优缺点,选取在电流断续模式下进行工作,并对该模式下的系统进行原理及仿真分析;其次针对恒流充电电源的原控制系统输出电流精度低,难以保持恒流充电的问题,提出传统PI控制方法和模糊PI控制方法,并对提出的两种控制方法进行设计以及仿真研究,分析其可行性;随后设计出一套能够应用于紧凑型、重复频率的Marx发生器充电系统的高压恒流充电电源,该电源的性能指标为充电电压可以达到60kV,平均充电电流恒定为0.34A,功率为20kW,充电精度为3%;最后进行了相关的实验,验证了基于Marx发生器高压恒流充电电源的相关参数设计以及控制方案的正确性。
