專利名稱：一種超導(dǎo)儲(chǔ)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(dǎo)脈沖功率變壓器儲(chǔ)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(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，是指在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí) 間里把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，經(jīng)過(guò)快速壓縮、轉(zhuǎn)換，然后有效釋放給負(fù)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(zhǎng)的環(huán)境，國(guó)防基礎(chǔ)科研的需求為它提供了發(fā)展 的動(dòng)力。一般來(lái)說(shuō)，脈沖功率裝置包括初級(jí)能源、中間儲(chǔ)能和脈沖成形系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及 負(fù)載。中間儲(chǔ)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?，F(xiàn)代新 概念武器的應(yīng)用尤其空間應(yīng)用的特點(diǎn)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(lái)，脈沖功率技術(shù)在新概念武器、化工、廢水和煙霧處理、半導(dǎo)體、集成電路 等方面的應(yīng)用日益廣泛。現(xiàn)有的脈沖功率電源中的儲(chǔ)能元件大多采用電容器。但是存在以下缺點(diǎn)1.電容 器的儲(chǔ)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(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，儲(chǔ)能 效果也不好。超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的儲(chǔ)能密度與電容儲(chǔ)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(zhǎng)期儲(chǔ)能的問(wèn)題，而且超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的低損耗對(duì)初始 充電電源的功率要求大大降低。傳統(tǒng)的基于超導(dǎo)儲(chǔ)能的脈沖功率電源實(shí)施模式主要有兩 種一種是超導(dǎo)儲(chǔ)能電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電模式；一種是基于超導(dǎo)脈沖功率變壓器儲(chǔ)能的 感應(yīng)放電模式。超導(dǎo)儲(chǔ)能電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電模式，主要是以超導(dǎo)儲(chǔ)能電感模塊的疊加來(lái)實(shí)現(xiàn) 輸出脈沖電流的增大。它存在的問(wèn)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(dǎo)儲(chǔ)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(jiǎn)化。傳統(tǒng)的利用超導(dǎo)脈沖功率變壓器儲(chǔ)能的感應(yīng)放電模式(如附圖1所示)，主要是以 超導(dǎo)脈沖功率變壓器的原邊繞組作為儲(chǔ)能電感來(lái)儲(chǔ)能。它通過(guò)觸發(fā)超導(dǎo)儲(chǔ)能電感(脈沖變 壓器的原邊繞組)失超，使超導(dǎo)儲(chǔ)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(wèn)題是1.反復(fù)利用超導(dǎo)儲(chǔ)能電感失超會(huì)使超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的使用 壽命減??；2.若通過(guò)增加脈沖變壓器的變比來(lái)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(huì)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(duì)超導(dǎo)的材料特性和失 超觸發(fā)技術(shù)提出了較高的要求；當(dāng)前的相關(guān)文獻(xiàn)中，提出了以超導(dǎo)儲(chǔ)能電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電為主，再輔以脈沖 變壓器對(duì)超導(dǎo)儲(chǔ)能電感輸出的脈沖電流放大的模式。這種模式也存在一個(gè)突出的問(wèn)題就是 超導(dǎo)儲(chǔ)能電感對(duì)脈沖變壓器放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的脈沖電壓，對(duì)斷路開(kāi)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(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種新的超導(dǎo)儲(chǔ)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(jiǎn)單、體積小、輸出脈沖電流大、超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的 放電端電壓小、對(duì)斷路開(kāi)關(guān)要求低、模塊化等特點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的。一種超導(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源，包括初始充電電源、電源開(kāi)關(guān)、續(xù)流開(kāi)關(guān)，超導(dǎo)儲(chǔ)能 電感的失超觸發(fā)裝置模塊及負(fù)載；所述超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的失超觸發(fā)裝置模塊由多個(gè)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(gè)充放電開(kāi)關(guān)與一非線性放電電阻 并聯(lián)設(shè)置在一個(gè)超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)脈沖功率變壓器儲(chǔ)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(dǎo)儲(chǔ)能電感在近似恒壓的條件下放電，從而實(shí)現(xiàn)較大脈沖電流的輸 出；再結(jié)合超導(dǎo)電感串聯(lián)充電并聯(lián)放電模式，使超導(dǎo)儲(chǔ)能電感串聯(lián)充電，使超導(dǎo)脈沖功率變 壓器次邊繞組并聯(lián)放電，從而在簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)的同時(shí)，使輸出的較大脈沖電流進(jìn)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(dǎo)儲(chǔ)能電感的儲(chǔ)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(dǎo)儲(chǔ)能電感可以接近實(shí)現(xiàn)能量無(wú)損儲(chǔ)存， 可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量，儲(chǔ)能效果好。3.由于超導(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源可由多個(gè)超導(dǎo)脈沖功率變 壓器充放電模塊組成，可以實(shí)現(xiàn)多模塊串聯(lián)充電和并聯(lián)放電，利用超導(dǎo)脈沖功率變壓器對(duì) 輸出脈沖電流的放大和疊加后，可以有效的實(shí)現(xiàn)脈沖大電流。4.通過(guò)對(duì)多模塊超導(dǎo)儲(chǔ)能電 感進(jìn)行協(xié)調(diào)放電控制，可以實(shí)現(xiàn)不同寬度的脈沖電流，以滿足不同負(fù)載的需要。5.使用較少 的模塊即可實(shí)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(diǎn)，本發(fā)明可 以用于電磁推進(jìn)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(qiáng)電流的技術(shù) 領(lǐng)域。


圖1為傳統(tǒng)的利用超導(dǎo)脈沖功率變壓器儲(chǔ)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(kāi)關(guān)，⑶為負(fù)載阻抗，⑷為續(xù)流作用的 開(kāi)關(guān)，(5)為超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的失超觸發(fā)裝置，(6)為超導(dǎo)脈沖功率變壓器(原邊繞組為超導(dǎo) 儲(chǔ)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(kāi)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(fù)載。K11、K12分別為模塊I和模塊II的充放電開(kāi)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(dǎo)脈沖功率變壓器 的原邊繞組(超導(dǎo)儲(chǔ)能電感)；Lcl、Lc2分別為模塊I和模塊II的超導(dǎo)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖2所示，一種超導(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源電路包括初始充電電源(1)、電源開(kāi)關(guān) (2)、模塊I、模塊II、負(fù)載(3)。所述模塊化電源電路可以由多個(gè)模塊組成，為簡(jiǎn)述方便只介 紹兩個(gè)模塊(模塊I和模塊II )組成的電路。模塊I和模塊II由一個(gè)初始充電電源(1)串 聯(lián)充電，再并聯(lián)對(duì)負(fù)載(3)放電，充放電過(guò)程由模塊I和模塊II內(nèi)部的開(kāi)關(guān)裝置的不同組 合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。所述一種超導(dǎo)儲(chǔ)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(kāi) 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(dǎo)脈沖功率變壓器原邊繞組Lsl為超導(dǎo)儲(chǔ)能電感，用于脈沖 功率電源的中間儲(chǔ)能；所述超導(dǎo)脈沖功率變壓器次邊繞組Lcl可以為超導(dǎo)電感也可以為常 導(dǎo)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(dǎo)脈沖功率變壓器原邊繞組(超導(dǎo)儲(chǔ)能電感)在相對(duì)穩(wěn)定的端電壓下放電；所述充放 電開(kāi)關(guān)Kll為可提供續(xù)流作用和快速關(guān)斷的開(kāi)關(guān)，閉合時(shí)用于超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的續(xù)流儲(chǔ)能， 關(guān)斷時(shí)用于快速關(guān)斷超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的續(xù)流儲(chǔ)能回路，使超導(dǎo)儲(chǔ)能電感對(duì)非線性放電電阻rl 放電。所述一種超導(dǎo)儲(chǔ)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(kāi) 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(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源可由更多的模塊組成的，每個(gè)模塊電路結(jié)構(gòu)都與 模塊I相同。
權(quán)利要求
一種超導(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源，包括初始充電電源、電源開(kāi)關(guān)、續(xù)流開(kāi)關(guān)，超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的失超觸發(fā)裝置模塊及負(fù)載；所述超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的失超觸發(fā)裝置模塊由多個(gè)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(gè)充放電開(kāi)關(guān)與一非線性放電電阻并聯(lián)設(shè)置在一個(gè)超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源，其特征在于，所述超導(dǎo)脈沖功率變 壓器原邊繞組為超導(dǎo)儲(chǔ)能電感，其次邊繞組超導(dǎo)電感或普通常導(dǎo)電感。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超導(dǎo)儲(chǔ)能脈沖功率電源，包括初始充電電源、電源開(kāi)關(guān)、續(xù)流開(kāi)關(guān)，超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的失超觸發(fā)裝置模塊及負(fù)載；所述超導(dǎo)儲(chǔ)能電感的失超觸發(fā)裝置模塊由多個(gè)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(gè)充放電開(kāi)關(guān)與一非線性放電電阻并聯(lián)設(shè)置在一個(gè)超導(dǎo)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)多模塊串聯(lián)充電和并聯(lián)放電，利用超導(dǎo)脈沖功率變壓器對(duì)輸出脈沖電流的放大和疊加后，有效地實(shí)現(xiàn)脈沖大電流。具有儲(chǔ)能密度高，單位功率電源重量輕體積小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M9/02GK101895226SQ201010225070
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西南交通大學(xué)