[發明專利]一種用于電磁發射的電感儲能型脈沖電源

有效

• 申請號: 201510025576.8
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104617807B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 馬山剛;于歆杰;李臻
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M9/02
• 分類號: H02M9/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種用于電磁發射的電感儲能型脈沖電源，屬于電磁發射技術領域。

背景技術

電磁發射是依據電磁力定律，即當載流物體通過磁場時受到與磁場和電流方向垂直的電磁力而將物體加速推射出去的一項新興技術。與傳統的發射技術相比，電磁發射具有更高的能量轉化效率和控制精度，且不會產生強大的電磁波和彌漫的煙霧等優良性能。由于電磁發射明顯的優勢和良好的應用前景，隨著相關科學技術的不斷發展與完善，特別是計算機控制技術和電力電子技術的進一步發展，加速了電磁發射技術走向了實用化的進程。

電磁發射裝置一般由發射器本體、被發射組件和高功率脈沖電源組成。其中高功率脈沖電源是基礎，在很大程度上決定著電磁發射技術的研究進展和應用潛能，因而成為研究重點。電磁發射時一般在幾毫秒時間內需要幾十或者上百兆焦的高脈沖電能量，這是普通電源所不能提供的，因此用于電磁發射的脈沖電源一般由初級電源、中間儲能系統和脈沖形成網絡三部分組成。首先初級電源在一個相對較長的時間內將電能提供給中間儲能系統，通過開關控制，中間儲能系統將電能傳至脈沖形成網絡進行快速壓縮轉換，最后有效釋放給負載。

由于電磁發射技術特殊的應用領域，對裝置體積和重量的要求是非常高的。脈沖功率電源在整個電磁發射裝置體積和重量上占最大份額。而在電源系統中儲能設備的體積和質量占整個電源裝置的約80％。中間儲能系統主要有電容儲能、電感儲能和旋轉機械儲能三種形式，理論上，電容、電感、旋轉機械的儲能密度比為1:10:1000。

電容儲能是目前應用最廣泛，并且技術成熟的一種中間儲能方式，其優點在于所需要的充電功率低，只要由直流初級電源充電，就可以保證電容電壓的線性上升，控制簡單。主要缺點是能量密度低，這也限制了其在實戰系統中的應用，通常只作為實驗室研究電源。

對于旋轉機械儲能方式，由于儲能密度大，很早就引起了不少的關注，但由于其非靜止儲能，冷卻困難且需一次性存儲多次發射的能量，這種方式的致命缺陷是結構非常復雜難以實施。

電感儲能系統相比于電容儲能具有高一個數量級的儲能密度；相比于旋轉機械儲能由于其以靜止磁場的形式儲能，易于冷卻且只需存儲一次發射的能量即可。這些優勢使電感儲能型脈沖功率電源成為近年來諸多學者研究的熱點之一。

電感儲能也具有一些缺點，比如高線圈損耗和換流困難。線圈損耗可以通過減小充電時間和選用超導體解決。在切斷大電感電流時，由于電流的突變和充電回路中的漏磁場能量，使得在關斷開關兩端產生很大的電壓應力而超出半導體開關所能處理的能力，因而關斷開關成為電感儲能型脈沖電源的關鍵因素。

圍繞著克服電感儲能的缺點，充分發揮其多方面的優勢，國內外學者和研究機構開展了對電感儲能型脈沖電源的相關研究，其中知名機構主要有美國高新技術研究所和德法圣路易斯聯合實驗室。