專利名稱：一種超導儲能脈沖功率電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及基于超導脈沖功率變壓器儲能放電的 脈沖功率電源。
背景技術(shù)：
脈沖功率技術(shù)是近幾十年內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興學科，是指在相對較長的時 間里把能量儲存起來，經(jīng)過快速壓縮、轉(zhuǎn)換，然后有效釋放給負載的技術(shù)，也稱為高功率脈 沖技術(shù)。早期的核聚變研究給它創(chuàng)造了成長的環(huán)境，國防基礎(chǔ)科研的需求為它提供了發(fā)展 的動力。一般來說，脈沖功率裝置包括初級能源、中間儲能和脈沖成形系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及 負載。中間儲能元件是脈沖功率技術(shù)中的基礎(chǔ)元件，是脈沖功率技術(shù)的關(guān)鍵部件。現(xiàn)代新 概念武器的應(yīng)用尤其空間應(yīng)用的特點要求脈沖功率電源的體積盡可能的小，提供的電流盡 可能的大。近年來，脈沖功率技術(shù)在新概念武器、化工、廢水和煙霧處理、半導體、集成電路 等方面的應(yīng)用日益廣泛?，F(xiàn)有的脈沖功率電源中的儲能元件大多采用電容器。但是存在以下缺點1.電容 器的儲能密度不高，很難降低脈沖功率電源的體積；2.并且電容器不能長時間儲能，儲能 效果也不好。超導儲能電感的儲能密度與電容儲能相比要高的多，其零電阻特性很好的解決了 普通電感由于受電阻的限制而不能夠長期儲能的問題，而且超導儲能電感的低損耗對初始 充電電源的功率要求大大降低。傳統(tǒng)的基于超導儲能的脈沖功率電源實施模式主要有兩 種一種是超導儲能電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電模式；一種是基于超導脈沖功率變壓器儲能的 感應(yīng)放電模式。超導儲能電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電模式，主要是以超導儲能電感模塊的疊加來實現(xiàn) 輸出脈沖電流的增大。它存在的問題是如果要得到幅值非常高的脈沖電流，則需要疊加的 超導儲能電感非常多，使系統(tǒng)的規(guī)模非常大。這不利于脈沖功率電源體積的減小和結(jié)構(gòu)的簡化。傳統(tǒng)的利用超導脈沖功率變壓器儲能的感應(yīng)放電模式(如附圖1所示)，主要是以 超導脈沖功率變壓器的原邊繞組作為儲能電感來儲能。它通過觸發(fā)超導儲能電感(脈沖變 壓器的原邊繞組)失超，使超導儲能電感中電流快速衰減，從而在脈沖變壓器次邊繞組感 應(yīng)出脈沖電流。它存在的問題是1.反復利用超導儲能電感失超會使超導儲能電感的使用 壽命減??；2.若通過增加脈沖變壓器的變比來輸出大脈沖電流，則需要增大脈沖變壓器的 原邊繞組，這不利于變壓器耦合系數(shù)的提高，也會使電源的輸出效率降低；3.若要在變比 較大的情況下獲得大脈沖電流輸出，則需要非常大的失超電阻，這對超導的材料特性和失 超觸發(fā)技術(shù)提出了較高的要求；當前的相關(guān)文獻中，提出了以超導儲能電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電為主，再輔以脈沖 變壓器對超導儲能電感輸出的脈沖電流放大的模式。這種模式也存在一個突出的問題就是 超導儲能電感對脈沖變壓器放電時，會產(chǎn)生很高的脈沖電壓，對斷路開關(guān)的要求非常高，而
3且該電路模式的輸出效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點，本發(fā)明的目的是提供一種新的超導儲能脈沖功率電源 電路模式，與同類電路模式相比具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、輸出脈沖電流大、超導儲能電感的 放電端電壓小、對斷路開關(guān)要求低、模塊化等特點。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。一種超導儲能脈沖功率電源，包括初始充電電源、電源開關(guān)、續(xù)流開關(guān)，超導儲能 電感的失超觸發(fā)裝置模塊及負載；所述超導儲能電感的失超觸發(fā)裝置模塊由多個并聯(lián)設(shè)置 的電源電路模塊組成；各電源電路模塊模塊內(nèi)包含一個充放電開關(guān)與一非線性放電電阻 并聯(lián)設(shè)置在一個超導脈沖功率變壓器的原邊繞組回路中，功率二極管連接在所述超導脈沖 功率變壓器的次邊繞組回路中。采用本發(fā)明的手段，基于超導脈沖功率變壓器儲能的感應(yīng)放電原理，利用非線性 電阻的穩(wěn)壓特性，使超導儲能電感在近似恒壓的條件下放電，從而實現(xiàn)較大脈沖電流的輸 出；再結(jié)合超導電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電模式，使超導儲能電感串聯(lián)充電，使超導脈沖功率變 壓器次邊繞組并聯(lián)放電，從而在簡化電路結(jié)構(gòu)的同時，使輸出的較大脈沖電流進一步疊加 成更大的脈沖電流。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面1.由于超導儲能電感的儲能密度高，所以可 以有效的降低脈沖功率電源的體積和重量。2.超導儲能電感可以接近實現(xiàn)能量無損儲存， 可以長期儲存能量，儲能效果好。3.由于超導儲能脈沖功率電源可由多個超導脈沖功率變 壓器充放電模塊組成，可以實現(xiàn)多模塊串聯(lián)充電和并聯(lián)放電，利用超導脈沖功率變壓器對 輸出脈沖電流的放大和疊加后，可以有效的實現(xiàn)脈沖大電流。4.通過對多模塊超導儲能電 感進行協(xié)調(diào)放電控制，可以實現(xiàn)不同寬度的脈沖電流，以滿足不同負載的需要。5.使用較少 的模塊即可實現(xiàn)較大的脈沖電流輸出，而且具有較高的輸出效率。由于上述優(yōu)點，本發(fā)明可 以用于電磁推進的能源供給、作為空間脈沖功率系統(tǒng)或其它需要一定電壓下強電流的技術(shù) 領(lǐng)域。
圖1為傳統(tǒng)的利用超導脈沖功率變壓器儲能的感應(yīng)放電模式原理中(1)為初始充電電源，(2)為電源開關(guān)，⑶為負載阻抗，⑷為續(xù)流作用的 開關(guān)，(5)為超導儲能電感的失超觸發(fā)裝置，(6)為超導脈沖功率變壓器(原邊繞組為超導 儲能電感)。圖2為本發(fā)明的電路原理中(1)為初始充電電源，(2)為電源開關(guān)，I為脈沖電源的單模塊，II為脈沖電 源的單模塊，⑶為負載。K11、K12分別為模塊I和模塊II的充放電開關(guān)；rl、r2分別為模 塊I和模塊II的非線性放電電阻；Lsl、Ls2分別為模塊I和模塊II的超導脈沖功率變壓器 的原邊繞組(超導儲能電感)；Lcl、Lc2分別為模塊I和模塊II的超導脈沖功率變壓器的次 邊繞組；D1、D2分別為模塊I和模塊II的功率二極管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如附圖2所示，一種超導儲能脈沖功率電源電路包括初始充電電源(1)、電源開關(guān) (2)、模塊I、模塊II、負載(3)。所述模塊化電源電路可以由多個模塊組成，為簡述方便只介 紹兩個模塊(模塊I和模塊II )組成的電路。模塊I和模塊II由一個初始充電電源(1)串 聯(lián)充電，再并聯(lián)對負載(3)放電，充放電過程由模塊I和模塊II內(nèi)部的開關(guān)裝置的不同組 合狀態(tài)實現(xiàn)。所述一種超導儲能脈沖功率電源的模塊I電路(如附圖3所示)，包括充放電開 關(guān)K11、非線性放電電阻rl、脈沖功率變壓器原邊繞組Lsl、脈沖功率變壓器次邊繞組Lcl、 功率二極管D1。其中所述超導脈沖功率變壓器原邊繞組Lsl為超導儲能電感，用于脈沖 功率電源的中間儲能；所述超導脈沖功率變壓器次邊繞組Lcl可以為超導電感也可以為常 導電感；所述非線性放電電阻rl為碳化硅或氧化鋅等具有限壓和穩(wěn)壓特性的壓敏電阻，可 使超導脈沖功率變壓器原邊繞組(超導儲能電感)在相對穩(wěn)定的端電壓下放電；所述充放 電開關(guān)Kll為可提供續(xù)流作用和快速關(guān)斷的開關(guān)，閉合時用于超導儲能電感的續(xù)流儲能， 關(guān)斷時用于快速關(guān)斷超導儲能電感的續(xù)流儲能回路，使超導儲能電感對非線性放電電阻rl 放電。所述一種超導儲能脈沖功率電源的模塊II電路與模塊I電路相同，包括充放電開 關(guān)K12、非線性放電電阻r2、脈沖功率變壓器原邊繞組Ls2、脈沖功率變壓器次邊繞組Lc2、 功率二極管D2。所述一種超導儲能脈沖功率電源可由更多的模塊組成的，每個模塊電路結(jié)構(gòu)都與 模塊I相同。
權(quán)利要求
一種超導儲能脈沖功率電源，包括初始充電電源、電源開關(guān)、續(xù)流開關(guān)，超導儲能電感的失超觸發(fā)裝置模塊及負載；所述超導儲能電感的失超觸發(fā)裝置模塊由多個并聯(lián)設(shè)置的電源電路模塊組成；各電源電路模塊模塊內(nèi)包含一個充放電開關(guān)與一非線性放電電阻并聯(lián)設(shè)置在一個超導脈沖功率變壓器的原邊繞組回路中，功率二極管連接在所述超導脈沖功率變壓器的次邊繞組回路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之超導儲能脈沖功率電源，其特征在于，所述超導脈沖功率變 壓器原邊繞組為超導儲能電感，其次邊繞組超導電感或普通常導電感。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超導儲能脈沖功率電源，包括初始充電電源、電源開關(guān)、續(xù)流開關(guān)，超導儲能電感的失超觸發(fā)裝置模塊及負載；所述超導儲能電感的失超觸發(fā)裝置模塊由多個并聯(lián)設(shè)置的電源電路模塊組成。各電源電路模塊模塊內(nèi)包含一個充放電開關(guān)與一非線性放電電阻并聯(lián)設(shè)置在一個超導脈沖功率變壓器的原邊繞組回路中，功率二極管連接在所述超導脈沖功率變壓器的次邊繞組回路中。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多模塊串聯(lián)充電和并聯(lián)放電，利用超導脈沖功率變壓器對輸出脈沖電流的放大和疊加后，有效地實現(xiàn)脈沖大電流。具有儲能密度高，單位功率電源重量輕體積小的優(yōu)點。
文檔編號H02M9/02GK101895226SQ201010225070
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者李海濤, 王豫, 董亮, 邵慧, 陳天騰 申請人:西南交通大學