[發明專利]一種脈沖功率電源、GW級功率行波磁場產生裝置及方法

有效

• 申請號: 202011508812.9
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112713798B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 戴玲;祝琦;李大偉;周游;林福昌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H03K3/57
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種脈沖功率電源，其特征在于，包括：儲能電容器、半導體開關組件和調波電感；

所述儲能電容器包括主儲能電容器和補償電容器；所述半導體開關組件包括主晶閘管、副晶閘管、主二極管和副二極管；所述調波電感包括主調波電感和補償電感；

所述主儲能電容器的負極端和所述補償電容器的正極端共地；所述主儲能電容器的正極端分別與所述主晶閘管的陽級端、所述副晶閘管的陽極端以及所述主二極管的陰極端相連；所述主晶閘管的陰極端分別與所述主調波電感的第一功率端、所述主二極管的陽極端以及所述副二極管的陰極端相連；所述副晶閘管的陰極端與所述補償電容器的負極端相連；所述副二極管的陽極端與所述補償電感的第一功率端相連；所述主調波電感的第二功率端與所述補償電感的第二功率端相連，并作為輸出端連接到負載；

所述脈沖功率電源的放電過程包括：1)主晶閘管接收驅動信號后開通，主儲能電容器開始放電形成交流電流的正向電流；2)當交流電流從0增至正向最大值后又降為0時，副晶閘管接收驅動信號后開通，補償電容器作為能量補充進行同步放電形成交流電流的負向電流。

2.一種GW級功率行波磁場的產生裝置，其特征在于，包括：多個級聯的脈沖模組；

所述脈沖模組包括N個并聯的電氣參數相同的如權利要求1所述的脈沖功率電源；各所述脈沖功率電源分別作為N相連接到所述脈沖模組對應的定子負載上；所述脈沖模組在驅動信號的作用下，產生N相交流電流向所述脈沖模組對應的定子負載供電，產生單級行波磁場；

各所述脈沖模組被預設時序的驅動信號觸發后，按照預設時序放電，保持前級脈沖模組所產生的單級行波磁場穿過對應的定子負載時，后級脈沖模組接收到驅動信號進行放電，在每個定子負載上形成穩定的向前推進的行波磁場，得到GW級功率行波磁場。

3.根據權利要求2所述的GW級功率行波磁場的產生裝置，其特征在于，所述電氣參數包括：主儲能電容器的電容量、主調波電感的電感值、補償電容器的電容量和補償電感的電感值。

4.根據權利要求3所述的GW級功率行波磁場的產生裝置，其特征在于，第i級脈沖模組中各脈沖功率電源的主儲能電容電容量主調波電感

其中，1≤i≤M，M為脈沖模組的個數，f_i為第i級脈沖模組所對應的定子負載通過電流的頻率，I_m為第i級脈沖模組所對應的定子負載通過電流的幅值，R_i為第i級脈沖模組所對應的定子負載的等效電阻值，為第i級脈沖模組所對應的定子負載的等效電感值，U_0i為第i級脈沖模組主電容預設充電電壓。

5.根據權利要求4所述的GW級功率行波磁場的產生裝置，其特征在于，各脈沖功率電源中補償電容的預設充電電壓設置為電流經過半個周期后變為零時主電容兩端的電壓；

補償電容器的電容量以及補償電感的電感值設置為使對應脈沖功率電源輸出的電流負向幅值達到-I_m、且電流頻率保持不變時所對應的參數值。

6.根據權利要求4所述的GW級功率行波磁場的產生裝置，其特征在于，第i級脈沖模組主電容預設充電電壓U_0i設置為電源輸出電流正向幅值達到I_m時所對應的電壓。

7.一種權利要求2-6任意一項所述的GW級功率行波磁場的產生裝置的控制方法，其特征在于，包括：

通過控制各級脈沖模組中的各脈沖功率電源的各晶閘管的開通時間，來控制對應的電容器的放電時間，進而控制各級脈沖模組向對應的定子負載供電，產生單級行波磁場的時間，以使前級脈沖模組所產生的單級行波磁場穿過對應的定子負載時，后級脈沖模組接收到驅動信號進行放電，從而在每個定子負載上形成穩定的向前推進的行波磁場，得到GW級功率行波磁場。